CN105628141A - 牵引用蓄电池和用于识别牵引用蓄电池中的液位的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及牵引用蓄电池和用于识别牵引用蓄电池中的液位的方法，尤其涉及一种包括液体检测系统的牵引用蓄电池，包括：-两个彼此间隔的电极，用于布置在牵引用蓄电池中，其中电极具有分别相对设置的第一片段和第二片段，其中电极在第一片段之间具有较大的第一距离并且在第二片段之间具有较小的第二距离，其中在第一片段和第二片段之间的过渡标示液体的特定液位；和-分析单元，具有电阻测量单元，该电阻测量单元用于提供时间上相继的电阻数据，所述电阻数据分别说明在电极之间的电阻；和具有控制器，该控制器被构造为，用于根据所述电阻数据确定时间上的电阻梯度的时间变化并且用于基于电阻梯度的时间变化报告超过或低于所述特定液位。

Description

牵引用蓄电池和用于识别牵引用蓄电池中的液位的方法
技术领域
本发明涉及用于借助对电阻的测量来检测牵引用蓄电池中的液体的液位的装置。特别地，本发明涉及用于识别达到牵引用蓄电池中的液体的预定液位的方法。
背景技术
由现有技术公开了用于测量液体容器中的液位的方法并且基于多样的技术效果。特别地，基于测量在侵入液体中的两个电极之间的电阻来确定液体容器中的液面高度是具有优势的，因为不必设置运动部件，诸如浮筒等等。
由文献EP1103795B1公开了一种电阻式液体传感器，其中容器中的液位的测量通过测量在电极之间的电阻进行。设置具有逐段可变的电阻的电阻元件，该逐段可变的电阻通过调节电阻元件的宽度实现。胶片上的输出信号应当是离散的并且基本上线性地随着容器中变化的液位而改变。
文献JP58166216A示出了一种用于汽车中的燃油的液位传感器，通过该液位传感器电阻式地借助分级的电极确定液位。
在常规的电阻式液位指示中的缺陷是，在其电阻率可以改变的液体中，仅能极其不精确地确定准确的液面高度。该问题尤其在电动车辆的牵引用蓄电池中存在。理想地，牵引用蓄电池被构造为，能够既没湿气也没脏物进入。但是在实践中，牵引用蓄电池具有不密封性。进入的液体在季节和气候条件下具有变化的电阻率，例如由于含盐量或由于弄脏。
发明内容
为了能够遵守标准化的安全规范，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于牵引用蓄电池的改善的液体检测，利用其可以独立于牵引用蓄电池中的液体的电阻率对特定液位的实现进行可靠的检测。
上述技术问通过按照本发明的包括液体检测系统的牵引用蓄电池以及通过按照本发明的用于检测达到牵引用蓄电池中的特定液位的方法来解决。
按照第一方面，设有包括液体检测系统的牵引用蓄电池，包括：
-两个彼此间隔的电极，用于布置在牵引用蓄电池中，其中电极具有分别相对设置的第一片段和第二片段，其中电极在第一片段之间具有较大的第一距离并且在第二片段之间具有较小的第二距离，其中在第一片段和第二片段之间的过渡标示特定的液位；和
-分析单元，具有电阻测量单元，用于提供时间上相继的电阻数据，所述电阻数据分别说明在电极之间的电阻；和具有控制器，其被构造为，用于根据电阻数据确定时间上的电阻梯度的时间变化并且用于基于电阻梯度的时间变化报告超过或低于特定液位。
上述的具有液体检测系统的牵引用蓄电池利用在电极布置的情况下的电阻式的液位测量。电极布置的电极分别具有朝着液位方向布置的片段，其彼此相距不同的距离。电极之间的距离的改变是根据特定液位布置的，如应当已知的，例如由于牵引用蓄电池的壳体中的不密封性而达到了该液位。
当由于不密封性或极其极端的气象条件超过或低于其中在电极之间的距离改变的特定液位时，在液位进一步上升或下降的情况下在电极之间的电阻的电阻梯度发生变化。
上述装置因此设置，在假定基本上保持不变的或仅微小改变的进入速度或排出速度的条件下和在液体的基本上保持不变的电导率的情况下确定，电阻的梯度是否关于液位而改变。其中出现改变的液位相应于应当识别其达到的特定液位。这样的装置的优点在于，不取决于牵引用蓄电池中的液体的电阻率就能检测到特定液位的达到。
特别地，通过选择彼此相对设置的电极的第二片段的距离，可以在液位改变的情况下在第二片段的区域中的液位中达到高的电阻梯度。第二片段的距离被选择为，使得在改变液位的情况下的电阻梯度的高度明显高于通过液位改变在第一片段的区域中的液面中可以达到的电阻梯度。由此可以避免在达到特定液位的情况下对该特定液位的错误识别。在此假定，对于相关的应用不超过不期望的液体在牵引用蓄电池中的特定的进入速度或排出速度。
此外，控制器可以被构造为，用于当确定电阻梯度改变了多于预定的量时报告超过或低于特定液位。
特别地，第一和第二距离可以被选择为，关于液位变化形成在达到特定液位之前和之后的时间上的电阻梯度，其具有至少一个，优选至少两个数量级的差异。
按照一种实施方式，控制器可以被构造为，用于平滑或低通滤波电阻梯度的时间变化，并且用于基于平滑后的或滤波后的电阻梯度的时间变化报告超过或低于特定液位。
可以设置，牵引用蓄电池中的电极被布置为，使得电极的第一和第二片段的布置方向相应于牵引用蓄电池中的液体的液位方向。
此外，在第一和第二片段之间的电极具有跳跃式的过渡和特别是L形状。
按照另一个方面，设置一种用于检测达到牵引用蓄电池中的液体的液位的方法，该方法包括以下步骤：
-提供时间上相继的电阻数据，其分别说明在牵引用蓄电池中的两个彼此间隔的电极之间的电阻，其中电极具有分别相对布置的第一片段和第二片段，其中电极在第一片段之间具有第一距离并且在第二片段之间具有第二距离，其中第一片段和第二片段之间的过渡标示特定液位；
-根据电阻数据确定时间上的电阻梯度的时间变化；和
-基于电阻梯度的时间变化报告超过或低于特定液位。
可以设置，在确定时间上的电阻梯度的时间变化的情况下低通滤波或平滑电阻梯度。
附图说明
下面结合所附的附图对实施方式作进一步说明。附图中：
图1示出了液体检测系统的示意图；
图2示出了电阻采集和电阻梯度的示例性曲线；和
图3示出了用于运行图1的液体检测系统的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了液体检测系统1的示意图，具有牵引用蓄电池壳体件2，在其中存在不期望的液体3。替代牵引用蓄电池也可以设置任意另外的容器，其中在应用时也可以设置，从容器中取出或向其中添加液体3。这样的容器例如可以是用于风挡玻璃清洗液的容器、用于容纳废气后处理液(Adblue)的容器或用于容纳其它液体的容器。
对于液位测量必要的是，所观察的液体具有至少小的电导率，特别是可测量的、通过最大1×107Ωmm2/m的电阻率给出的电导率。
在设置为用于容纳特定液体(诸如风挡玻璃清洗液等)的容器中，可以假定液体3的恒定的电导率并且由此电阻直接对应于液位。但是特别是由于不期望的液体进入到牵引用蓄电池中会导致混合弄脏的或含盐的液体，其具有改变的电阻率。
为了测量牵引用蓄电池壳体件2中的液位，设置沿着液位方向延伸的两个电极4。电极4彼此平行地布置。电极4分别具有第一片段41，其中第一片段41彼此具有恒定的第一距离A1。在连接到电极4的第一片段41的第二片段42中，电极4彼此具有一个距离A2，其相对于第一距离A1明显减小。第一和第二片段41、42关于电极4在牵引用蓄电池壳体件2中的延伸方向具有不同的宽度。
在本实施例中，第一片段41布置在第二片段42下方，以便检测特定液位H。替换地，第一片段41也可以布置在第二片段42上方。在第一片段41至第二片段42之间的过渡尤其可以是跳跃式的。
电极4的片段41、42可以分别导致L形结构，其彼此相对布置，从而L形结构的水平方向上(即垂直于液位方向延伸的)突出的腿部面向彼此。电极4优选被布置为使得在水平取向中第一和第二片段41、42之间的过渡布置在特定液位H处，从其应当确定，进入的液体是否达到了该特定液位。
替换地也可以设置多于两个电极4。为了实现在开销(建造空间、部件等)和使用之间的良好折衷，五个电极4的数量被证明是特别具有优势的。其可以在牵引用蓄电池壳体件2中设置为使得其彼此都具有基本上相同的距离。电极4中的一个应当中央地或中心地布置在牵引用蓄电池壳体件2中，其中其余的四个电极4放置在牵引用蓄电池壳体件2的边缘区域或角中。在类型和结构方面这五个电极4相应于上面描述的两个电极4。
替换地，电极4，特别是中心布置的电极4可以布置在牵引用蓄电池壳体件2的最低点处，因为在该位置处在液体进入牵引用蓄电池时总是可以检测液体。
电极4由导电良好的材料，特别是由金属构造，其关于液体3的化学性质可以是惰性的。
在分析单元10中进行对液位的分析，并且特别是识别达到特定液位H。分析单元10具有电阻测量单元11，其与两个电极4电连接，以便进行电阻测量。电阻测量单元11提供相应的电阻数据，其表示在电极4之间的电阻。这例如可以以已知的方式通过施加规定的电压和对电流进行测量来进行。所测量的电流例如可以相应于电阻数据。替换地，在电极4之间的电阻可以是电阻测量桥的部分，并且电阻数据被提供为电压。
因为液体3的电导率可以改变，所以仅能不精确地通过分析在两个电极4之间的电阻来确定液位。但是必要的是，至少可靠地检测最大液位，以便满足牵引用蓄电池的安全标准。
分析单元10包括控制器12，该控制器可以被构造为，用于有规律地，即周期地，采集并分析所提供的电阻数据。分析可以包括通过(未示出的)模数据转换器的数字化和在存储器13中的存储。通过连续地确定电阻或电阻的梯度的时间变化并且关于跳跃式改变进行检查，进行控制器12的分析。
电阻梯度的这种跳跃式改变可以如下出现，即，液体3的液位超过或低于特定液位H。此外，其电导率与处于牵引用蓄电池中的剩余液体不同的后流入的液体3，会导致电导率的突然改变，并且由此特别是引起具有高时间梯度的电阻跳变或电阻变化。
替代电极4的L形结构，其也可以以多于两个片段构造，这些片段分别具有不同宽度或在延伸方向上突出或回撤。由此，电极的彼此相对设置的片段具有多个跳跃式过渡，即，在各个相对设置的片段之间的距离的多个跳跃式变化。特别地，电极4可以分别具有梳子式结构，其中两个电极的突出的片段和回撤的片段分别相对设置。
对于设置多于两个电极4的情况，替代一个分析单元10也可以设置多个，优选两个分析单元10。每个分析单元10都与至少一个电极4连接。通过这种方式优选地可以执行用于液体检测的冗余测量。
至少一个分析单元10布置在牵引用蓄电池的上部，以便保护其不受液体影响。优选地，其安装在牵引用蓄电池的壳盖上。
图2示出了线图，该线图根据所测量的电阻R(实线)以及电阻梯度dR/dt(虚线)的时间变化示出了液体3向牵引用蓄电池壳体件2中的进入。可以识别，在第一时间段T1内电阻R恒定变化，并且在时间点TH在第二时间段T2内电阻R的梯度dR/dt变化。其相应于电阻梯度dR/dt的跳跃式变化。
图3示出了用于表示用于检测特定液位H的方法的流程图。
在步骤S1中采集并中间存储电阻数据，作为在电极4之间的电阻R的值的说明。
在步骤S2中通过控制器12可以对于每个新采集的电阻值确定变化的电阻R的时间上的电阻梯度dR/dt。
在步骤S3中将最后确定的电阻梯度dR/dt与之前确定的电阻梯度dR/dt相比较。待比较的时间上的电阻梯度dR/dt可以是在相继的分析周期中采集的电阻梯度dR/dt或在更大的时间间隔中(在多个测量周期的时间间隔中)确定的电阻梯度dR/dt。如果确定了电阻梯度dR/dt的明显改变(替选：是)，则可以识别电阻梯度dR/dt的变化的时间点作为时间点TH，在该时间点电阻梯度dR/dt改变。该时间点可以作为如下时间点呈现，在该时间点液体3在牵引用蓄电池壳体件2中的液位达到或超过特定液位H，并且按照相应的方式在步骤S4中报告。否则(替选：否)跳转回步骤S1。
为了排除错误识别，在步骤S2中确定电阻梯度dR/dt时该电阻梯度可以基于其时间变化被滤波。特别地，在确定电阻梯度dR/dt时电阻梯度dR/dt的时间上相继的值被平滑，方法是在每个周期中形成最后确定的电阻梯度dR/dt的数量的平均值，并且使用平均值作为待分析的电阻梯度dR/dt。
距离A1和A2，特别是其差，应当选择为使得在达到或超过的特定液位H时电阻梯度dR/dt按照一定程度改变，该程度仅通过流入或流出具有变化的电阻率的液体3不能被实现。特别地，在电极4之间的距离A1、A2应当被选择为，在超过或低于特定液位H时电阻梯度dR/dt改变了至少两个数量级。
第一和第二距离A1、A2也应当被选择为使得牵引用蓄电池中的液位并不高至使得可以出现如其在达到或超过特定液位H时所实现的电阻梯度dR/dt。
通过总系统的这种设计，可以通过监视时间上的电阻梯度dR/dt的变化可靠地检测达到特定液位H，而不会由于改变的电导率或由于变化的进入速度或排空速度出现错误解释。
附图标记列表
1液体检测系统
2牵引用蓄电池-壳体件
3液体
4电极
10分析单元
11电阻测量单元
12控制器
13存储器
41第一片段
42第二片段
A1第一距离
A2第二距离
dR/dt电阻梯度
H特定液位
R电阻
T1第一时间段
T2第二时间段
TH电阻梯度dR/dt变化的时间点

Claims (9)

1.一种包括液体检测系统(1)的牵引用蓄电池，包括：
-两个彼此间隔的电极(4)，用于布置在牵引用蓄电池中，其中电极(4)具有分别相对设置的第一片段(41)和第二片段(42)，其中电极(4)在第一片段(41)之间具有较大的第一距离(A1)并且在第二片段(42)之间具有较小的第二距离(A2)，其中在第一片段(41)和第二片段(42)之间的过渡标示液体的特定液位(H)；和
-分析单元(10)，具有电阻测量单元(11)，该电阻测量单元用于提供时间上相继的电阻数据，所述电阻数据分别说明在电极(4)之间的电阻(R)；和具有控制器(12)，该控制器被构造为，用于根据所述电阻数据来确定时间上的电阻梯度(dR/dt)的时间变化并且用于基于所述电阻梯度(dR/dt)的时间变化报告超过或低于特定液位(H)。
2.根据权利要求1所述的液体检测系统(1)，其中，所述控制器(12)被构造为，用于当确定电阻梯度(dR/dt)改变了多于预定的量时报告超过或低于特定液位(H)。
3.根据权利要求1或2所述的液体检测系统(1)，其中，所述第一和第二距离(A1，A2)被选择为，关于液位变化给出在达到特定液位(H)之前和之后的时间上的电阻梯度(dR/dt)，其具有至少一个，优选至少两个数量级的差异。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的液体检测系统(1)，其中，在所述第一和第二距离(A1，A2)之间在特定液位(H)处的过渡被选择为使得关于液位变化给出在达到特定液位(H)之前和之后的时间上的电阻梯度(dR/dt)，其具有至少一个，优选至少两个数量级的差异。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的液体检测系统(1)，其中，所述控制器(12)被构造为，用于平滑或低通滤波电阻梯度(dR/dt)的时间变化，并且用于基于平滑后的或滤波后的电阻梯度(dR/dt)的时间变化报告超过或低于特定液位(H)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的液体检测系统(1)，其中，所述电极(4)布置在容器(2)中，从而电极(4)的第一和第二片段(41，42)的布置方向相应于牵引用蓄电池中的液体(3)的液位方向。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的液体检测系统(1)，其中，所述电极(4)具有梳子形状或L形状。
8.一种用于检测达到牵引用蓄电池中的液体(3)的液位的方法，该方法包括以下步骤：
-提供时间上相继的电阻数据，其分别说明在牵引用蓄电池中的两个彼此间隔的电极(4)之间的电阻(R)，其中电极(4)具有分别相对布置的第一片段(41)和第二片段(42)，其中电极(4)在第一片段(41)之间具有较大的第一距离(A1)并且在第二片段(42)之间具有较小的第二距离(A2)，其中第一片段(41)和第二片段(42)之间的过渡标示特定液位(H)；
-根据所述电阻数据确定时间上的电阻梯度(dR/dt)的时间变化；和
-基于电阻梯度(dR/dt)的时间变化报告超过或低于特定液位(H)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在确定时间上的电阻梯度(dR/dt)的时间变化的情况下低通滤波或平滑所述电阻梯度(dR/dt)。
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