CN104024654A - 用于通过电阻测量确定活塞在活塞压力储存器中的位置的方法以及适当地构造的活塞压力储存器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定活塞(5)在活塞压力储存器(1)内部的位置的方法以及一种相应构造的活塞压力储存器(1)。在此，在壳体(3)中具有一能移位的活塞(5)。一具有多个4点测量电极对(17)的电极布置(15)设置在能导电的壳体(3)上并且构造用于，通过当将电流施加给外部电极(19)时根据沿着壳体(3)的位置测量电极(21)之间的电阻或电势的分布来确定活塞(5)在壳体(3)内部的位置。活塞的基于电势分布的测量所确定的位置可以被用来确定或检验活塞压力储存器(1)的荷状态。

Description

用于通过电阻测量确定活塞在活塞压力储存器中的位置的方法以及适当地构造的活塞压力储存器

技术领域

本发明涉及一种用于确定活塞在活塞压力储存器内部的位置的方法。此外本发明涉及一种用于检验活塞压力储存器的荷状态的信息的方法。此外本发明涉及一种适当地构造的活塞压力储存器以及一种用于监测活塞压力储存器的监测装置。

背景技术

活塞压力储存器用于机械地存储能量。例如在液压混合动力车辆中活塞压力储存器用于存储例如在制动车轮时产生的能量并且例如在车辆随后加速时又提供这些能量。

在活塞压力储存器中，在例如圆柱状的壳体中设置能在该壳体中移动的、作为活塞压力储存器的两个部分容腔之间的分隔件的活塞。在所述部分容腔中的一个中可以导入可压缩的流体。在另一个部分容腔中可以导入不可压缩的流体。特别是所述不可压缩的流体可以通过适当的阀系统导入到相应的部分容腔中并且又从该部分容腔中排出，以便机械地通过压缩所述可压缩的流体来存储或释放能量。

DE 102010001 200 A1描述了一种传统的活塞压力储存器。

为了可以确定活塞压力储存器的荷状态(State of Charge，SOC)，也就是说，为了能够确定当前在活塞压力储存器中机械地存储了多少能量，可以测量决定能量含量的测量参数，例如在活塞压力储存器中产生的压力和主要的温度。这种压力测量和温度测量可以利用简单的传感器进行。

然而注意到，特别是在动态的运行条件下由于温度测量的等待时间会在确定荷状态时部分地出现大的误差。

替换地，活塞压力储存器的荷状态可以根据活塞在活塞压力储存器的壳体内部的当前位置来测定。活塞的位置可以例如通过终端位置开关来测定，所述终端位置开关例如借助开关杆来确定活塞在活塞压力储存器的壳体内部的储存器的一端和/或另一端上的终端位置。替换地，活塞在壳体内部的位移或位置可以例如借助活塞杆、绳索测量系统或超声波位移测量系统来探测。

然而，这种用于确定活塞的当前位置的系统需要高的结构耗费。特别是，它需要将部件例如终端位置开关或活塞杆集成在活塞压力储存器的内容腔中，其中，可能需要使这些部件向外机械地和/或电气地连接。

发明内容

在此提出的用于确定活塞在活塞压力储存器内部的位置的方法以及相应地装备的活塞压力储存器可以允许在精度高但是结构耗费低的情况下确定活塞在活塞压力储存器内部的当前位置。

此外，借助于通过这种方式确定的活塞在活塞压力储存器内部的位置可以测定关于活塞压力储存器的荷状态的信息并且由此检验以其他的方式获得的关于这个荷状态的信息。因此活塞压力储存器的荷状态监测可以更可靠。

根据本发明的第一方面，活塞压力储存器具有优选地至少在部分区域中能导电的壳体以及可在壳体内部移动的、同样优选地至少在部分区域中能导电的活塞，在该活塞压力储存器中，通过测量沿着壳体的电阻分布来确定活塞在活塞压力储存器内部的当前位置。

为此在壳体的区域中的多个位置上局部地感应出电流并且因此局部地确定所引起的电势分布。在此，所述电流可以作为直流电通过在两个电极之间施加直流电压来产生。类似于在用于说明地下结构的地球物理学中所使用的电阻断层扫描法地，例如可以利用两个其他的电极来确定电势的分布，例如由于感应的电流和由于在两个电极之间占主要地位的电阻而出现了该电势。

因为至少能部分导电的活塞在活塞压力储存器的壳体内部的位置对于在壳体上测得的电阻或出现的电势分布有影响，所以通过确定这个电势分布可以测定关于活塞的这个位置的信息。

根据这个测量原理的进一步方案，可以在壳体的区域中的多个位置上局部地感应出交流电流。这个交流电流导致活塞压力储存器的壳体上的随时间改变的电势分布。通过局部地测量所引起的与时间有关的电势分布可以类似于电抗断层扫描法地获得关于活塞在活塞压力储存器的壳体内部的当前位置的更精确的信息。

为了可以实施所提出的方法，活塞压力储存器可以在其壳体上具有电极布置，该电极布置设计用于确定沿着壳体的电阻分布，以便可以据此推断出活塞在壳体中的当前位置。

所提出的位置确定方法或相应地构造的活塞压力储存器的优点是，不需要在活塞压力储存器的存储容腔内部布置测量传感器或其他的部件。需测量的电阻分布或由于感应的电流而出现的沿着壳体的电势分布可以借助电极来测量，所述电极可以从外部安装在壳体上或者集成在壳体的壁中。电极的这种外部的布置可以显著简化活塞压力储存器的存储容腔的密封。

特别是，活塞压力储存器的壳体可以由纤维复合材料构成。这样构造的活塞压力储存器可以在高机械稳定性的情况下具有相对低的重量。在此，这种纤维复合材料例如含有以硬化树脂浸渍的碳纤维组织。特别是在碳纤维复合材料(碳纤维增强的塑料、CFK)的情况下，由于碳纤维的导电性，活塞压力储存器的壳体可以具有高的导电性。因此可以一方面通过安装电极来在碳纤维壳体内部感应出电流，并且另一方面通过安装其他的电极来确定由此出现的电势分布。在此，出现的局部电势在此与活塞在壳体内部的位置有关，因为活塞由于其自身的导电能力和该活塞局部地抵靠在壳体上的事实而显著地改变了壳体的下述区域中的电阻或导电能力，当前该活塞位于所述区域中。在此，活塞可以同样如同壳体那样由能导电的材料构成或者至少在该活塞的朝向壳体取向的表面上具有这种能导电的材料。活塞例如可以由金属构成。

特别是，当活塞压力储存器的壳体利用纤维复合材料来构造时，为测量电势的分布所设置的电极布置可以直接集成在纤维复合材料中。换句话说，电极可以集成在由壳体构成的壁中，所述壁包围压力储存器的容腔。

在利用碳纤维复合材料制造壳体时相应的电极可以例如以金属丝的形式直接实现在壳体中，该金属丝可以被从壳体的外部接触。电极在纤维复合材料中的这种集成不仅实现了活塞压力储存器的壳体的简单制造而且实现了借助集成的电极布置来确定活塞在压力储存器内部的位置的可靠可能性。

设置在活塞压力储存器的壳体上的电极布置可以具有一个或大量4点测量电极对。在此，每个4点测量电极对可以具有用于感应出电流的两个电极以及用于测量电极之间的电势分布的两个电极。所述4点测量电极对可以沿着活塞的运动方向布置在壳体上。

因此借助多个4点测量电极对可以分别沿着活塞在壳体内部的移动路径确定活塞压力储存器的壳体的部分区域中的电阻分布或电势分布。因此，通过在所有4点测量电极对上同时地或依次地测量电势，可以推断出活塞的当前位置。

在此，沿着活塞的运动方向相邻的4点测量电极对的间距优选地可以小于活塞在平行于这个运动方向的方向上的长度。

相邻的4点测量电极对的这种低的间距可以导致的是，对于每个任意的可占据的位置来说，该活塞与至少一个4点测量电极对相邻。由于所述活塞，相应相邻的4点测量电极对可以识别出在4点测量电极对的两个电极对之间测得的电势的强烈改变，由此可以推断出在这个位置附近存在活塞。

有利地，前述的用于确定活塞在活塞压力储存器内部的位置的方法可以被用来基于活塞的确定位置来确定或检验关于活塞压力储存器的荷状态的信息。这种方法可以在用于监测活塞压力储存器的监测装置中实施。

例如，在活塞压力储存器的正常运行中可以仅仅基于其他的测量参数例如在活塞压力储存器中存储的流体的压力和温度来确定该活塞压力储存器的荷状态。借助于这些可简单地测定的测量参数可以简单地和以通常足够的可靠性来确定荷状态。然而在确定的时间间隔中或例如在活塞压力储存器的确定的运行条件下可以有利的是，监测或校正这样实施的荷状态测量，其方式是，附加地测定关于活塞在活塞压力储存器内部的当前位置的信息。这个附加的信息允许更精确地确定活塞压力储存器的荷状态或者允许对以其他的测量方法测定的荷状态进行可信度测试。

需指出的是，在此部分地参照用于确定活塞在活塞压力储存器内部的位置的方法、部分地参照用于检验关于活塞压力储存器的荷状态的信息的方法以及部分地参照相应地构造的活塞压力储存器说明了本发明的实施方式的可能的特征和优点。本领域技术人员也可以将这些特征以适当的方式互相组合和/或交换，从而实现本发明的其他的实施方式并且可能实现协同效应。

附图说明

下面参考附图说明本发明的实施方式。说明书和附图都不应视为本发明的限制。

图1示出根据本发明的一个实施方式的活塞压力储存器的侧截面图；

图2示出根据本发明的一个实施方式的活塞压力储存器的横截面图。

附图仅仅是示意性的并且不是按正确比例的。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一个实施方式的活塞压力储存器1。活塞压力储存器1具有轻型结构的壳体3，该壳体大部分由碳纤维增强的塑料(CFK)构成。这种CFK基本由能导电的碳纤维以及不导电的(例如以合成树脂的形式的)塑料基底构成。该壳体可以具有例如圆柱状的几何形状，并且具有例如10-30cm的直径以及例如50-300cm的长度。

由同样能导电的材料例如金属、例如铝构成的活塞5布置在壳体3内部。活塞5用作壳体3内部的两个部分容腔7、9之间的分隔件并且将所述部分容腔彼此相对密封。在此，活塞5能够沿着相应于壳体3的圆柱体的中轴的运动方向23移位，从而可以改变所述部分容腔7、9。

在第一部分容腔7中例如可以通过阀系统11导入或排出不可压缩的流体、例如液体、特别是油。在另一个部分容腔9中可以通过阀系统13导入或排出可压缩的流体例如气体。在此，活塞5可以根据导入到部分容腔7中的不可压缩的流体的量沿着运动方向23移位并且通过在包含在第二部分容腔9中的可压缩的流体中建立压力来储存机械能量。

由于壳体3所用的材料具有导电性，因此可以通过确定壳体3的确定位置上的电阻或电抗来实现用于确定活塞5在闭合的壳体3内部的位置的方法并且基于这个信息实现用于确定或检验活塞压力储存器1的荷状态的方法。在此利用的事实是，视活塞5是否处于相应的测量位置上而定，电阻或电势沿着壳体3不同。

所建议的方法在此类似于电阻断层扫描法或电抗断层扫描法，如同在地球物理学中使用的那样，以便例如通过各个电极之间的电压测量来获得关于地层特性的结论。

为此，沿着壳体3的表面设置电极布置15，该电极布置构造用于通过测量沿着壳体3的电势分布来确定活塞的位置。为了确定这个出现的电势或沿着活塞压力储存器的壳体的引起这个电势分布的电阻，在此所述电极布置15可以具有一个或多个4点测量电极对17。

在此，每个4点测量电极对17具有两个外部电极19，通过所述外部电极可以在能导电的壳体3中感应出具有强度I的电流。由于这个电流I，在外部电极19之间形成电势分布，该电势分布与局部占优势的电阻有关，例如该电阻由壳体3本身以及必要时由与该壳体邻接的能导电的活塞5引起。

在外部电极19之间设置两个另外的内部电极21，利用所述内部电极可以测量电势差ΔU。

4点测量电极对17的外部电极19和内部电极21可以如在图1中所示地沿着一条线布置，所述线横向于、优选地垂直于活塞5的运动方向23延伸。相邻的4点测量电极对17之间的间距在此可以优选地选择为小于或等于活塞5在平行于运动方向23上的长度L。在这种情况下，对于每个由活塞在壳体3内部占据的位置来说，该活塞5都与一设置在壳体3上的4点测量电极对17邻接。因此在活塞压力储存器1运行期间可以在所有4点测量电极对17上分别测量在内部电极21之间出现的电势差并且因此确定沿着壳体3的电势分布。视例如壳体3的内部的特性而定，在此得出特定的电势差，该电势差与活塞5的存在或不存在有关。因此利用多个在壳体3的长度上分布的4点测量电极对17可以直接确定活塞位置。

如在图2中所示，外部的监测装置25不仅具有可控制的电流源27而且具有电压测量装置29。电流源27与外部电极19电连接。电压测量装置29与内部电极21连接。通过由电流源27将可预给定的电流I经由外部电极19施加在壳体3上，在壳体3内部出现与电阻有关的电势分布。借助电压装置29可以确定两个内部电极21之间的电势差。

借助所述方法得到的、关于活塞5在壳体3内部的当前位置的信息另外可以用于由测得的活塞位置直接确定SOC，或者用于由测量参数、即压力和温度将用于计算活塞压力储存器1的当前荷状态的计算模型初始化或在运行期间校准或修正。由此特别是在动态的运行条件下实现计算出的荷状态的明显更高的精确性。

Claims (10)

1.一种用于确定活塞(5)在活塞压力储存器(1)内部的位置的方法，所述活塞压力储存器(1)具有壳体(3)和能在所述壳体(3)内部移位的活塞(5)，其特征在于，所述方法具有：

通过测量沿着所述壳体(3)的电阻分布来确定所述活塞(5)的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述壳体(3)的区域中的一个或多个位置上局部地感应出电流(I)并且局部地确定所引起的电势分布(ΔU)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述壳体(3)的区域中的一个或多个位置上局部地感应出交流电流并且局部地确定所引起的与时间有关的电势分布。

4.一种用于确定或检验活塞压力储存器(1)的荷状态的信息的方法，其特征在于，所述方法具有下述步骤：

按照根据权利要求1至3中任一项所述的方法确定活塞(5)在所述活塞压力储存器(1)内部的位置，以及

在考虑所述活塞(5)的所确定的位置的情况下确定或检验所述活塞压力储存器(1)的荷状态的信息。

5.一种用于监测活塞压力储存器(1)的监测装置(25)，其特征在于，所述监测装置(25)构造用于实施根据权利要求1至4中任一项所述的方法。

6.一种活塞压力储存器(1)，其具有：

壳体(3)；和

能够在所述壳体(3)内部移位的活塞(5)；

其特征在于，在所述壳体(3)上设置一电极布置(15)，所述电极布置构造用于通过测量沿着所述壳体(3)的电阻分布来确定活塞(5)的位置。

7.根据权利要求6所述的活塞压力储存器，其中，所述壳体(3)由纤维复合材料构成。

8.根据权利要求7所述的活塞压力储存器，其中，所述电极布置(15)集成在所述纤维复合材料中。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的活塞压力储存器，其中，所述电极布置(15)具有一个或多个4点测量电极对(17)，所述4点测量电极对沿着平行于所述活塞(5)的运动方向(23)的线布置在所述壳体(3)上。

10.根据权利要求9所述的活塞压力储存器，其中，平行于所述活塞(5)的所述运动方向(23)相邻的4点测量电极对(17)的间距(s)小于所述活塞(5)在平行于所述运动方向(23)的方向上的长度(L)。