CN116981938A - 用于获取气体的热导率的设备和方法、罐组件和车辆 - Google Patents

Abstract

一种用于获取氢气浓度或氢气混合物浓度的设备，所述设备具有：电导体组件(2，200，300)，所述电导体组件被设计成能够与氢气或氢气混合物进行接触，并且被设计为具有两个元件(21，221，321，22，222，322)的分压器，其中所述第一元件是第一导体(21，221，321)，所述第一导体至少在传导状态下具有电阻值，所述电阻值与所述第二元件(22，222，322)的电阻值不同；测量桥(4，240，340)，所述测量桥具有两个并联连接的分压器，其中所述分压器中的一个分压器由所述电导体组件(2，200，300)构成；操控单元(6)，所述操控单元用于在所述测量桥(4，240，340)上施加交流电压(U0)；电压检测单元(8)，所述电压检测单元用于检测电桥电压(Ub)；以及评估单元(10)，所述评估单元被配置成通过使用3‑Omega方法评估桥电压(Ub)来获取氢气或氢气混合物的热导率。

Description

用于获取气体的热导率的设备和方法、罐组件和车辆

技术领域

本发明涉及一种用于获取气体、尤其由多种气体构成的、尤其具有氢气或是氢气的气体混合物的热导率的设备和方法以及一种罐组件和一种车辆。

背景技术

已知具有氢驱动装置的车辆，例如乘用机动车辆或载重机动车辆。在此，氢气用作燃料。尤其氢内燃机或燃料电池可以被设置为能量源。燃料电池进而通常连接在用于驱动车辆的电动机下游。设置有氢气罐以用于储存氢气。该氢气罐可以被设计为压力或液态氢储存器或氢气储存在金属氢化物中。作为安全预防促使，需要在车辆上布置泄漏传感器，泄漏传感器识别氢气从氢气罐中的可能泄漏。

发明内容

相对于此，本发明所基于的目的在于提供一种设备，利用该设备可以在设备技术上以简单的方式获取氢气浓度。此外，本发明的目的在于提供一种在设备技术上简单设计且成本有效的氢气罐组件以及一种具有氢驱动装置的车辆，该罐组件/车辆可以安全地使用。此外，将提供一种用于在设备技术上简单且成本有效地测量氢气浓度的方法。

关于设备的目的根据权利要求1的特征来实现，关于罐组件的目的根据权利要求5的特征来实现，关于车辆的目的根据权利要求8的特征来实现，并且关于方法的目的根据权利要求9的特征来实现。

本发明的其他有利设计方案是从属权利要求的主题。

根据本发明，获取氢气、尤其氢气混合物(例如氢气和空气)的热导率，以便推断出氢气浓度。为此，用于获取热导率的设备具有电导体组件，该电导体组件被设计成能够至少部分与氢气或氢气混合物接触。导体组件被设计为分压器并且具有两个元件。分压器优选地被理解为由无源电两极形成的串联电路，通过该两极对电压进行分压。

根据本发明的设备优选地具有测量桥，该测量桥具有两个并联连接的分压器，这两个分压器分别具有两个元件。分压器之一由上述导体组件构成。此外，设备具有用于将交流电压施加到测量桥的操控单元和用于检测桥电压的电压检测单元。

此外，设备具有评估单元，该评估单元被配置成通过使用3-Omega方法评估桥电压来获取氢气或氢气混合物的热导率和/或浓度。通过使用该设备，可以确定氢气或氢气混合物是否具有预定热导率或浓度，从而可以获取例如氢气存储装置的泄漏。为此，例如在危险或氢气的预定浓度或氢气浓度大于零的情况下，尤其可以藉由对应的装置(例如显示器和/或扬声器)输出信号。

与其他气体相比，氢气在气态下具有相对较高的热导率，例如0.186W/mK。如果氢气因氢气罐泄漏而从中逸出，则会导致氢气罐周围的大气的热导率发生变化。大气在泄漏时具有空气和氢气。由于氢气的热导率较高，该设备可以以高测量精度识别到大气的热导率的变化，并且因此推断出泄漏。该设备设计简单且成本有效，由此在设备技术上可以实现简单且可靠的氢气探测。

优选地，该设备被设计成可以布置在氢气罐的罐空间外部，以便间接藉由热导率获取氢气的泄漏。

导体组件的第一元件优选地是第一导体，该第一导体至少在传导状态下具有电阻值，该电阻值与第二元件的电阻值不同。因此，当向测量桥施加交流电压时，测量桥失调，使得可以通过电压检测单元检测桥电压。

导体组件的第二元件可以是第二导体，该第二导体在无电流状态下具有与第一导体相同的电阻值。两个导体被设计成使得第一导体在传导状态下比第二导体更强烈地升温。

根据另一方面，第二元件可以是代替第二导体使用的固定电阻。固定电阻应理解为其电阻值在载流状态下大体上不改变的电阻，并且因此被视为在所有条件下大体上是恒定的。在使用固定电阻时，另一分压器的两个电阻被设计成其电阻值是可调或可改变的。优选地，两个可调电阻被设计为数字电位器。在载流状态下，第一导体升温并且因此改变其电阻值，使得第一导体和固定电阻在载流状态下具有不同的电阻值。第一导体的电阻值在此优选地大于固定电阻的电阻值。然而，第一导体的电阻值还可以小于固定电阻的电阻值。在使用固定电阻时，评估单元被配置成在向测量桥施加交流电压之前校正两个可调电阻。这种配置提供如下优点：降低了对制造精度的要求，例如要求第一导体和第二导体在无电流状态下具有相同的电阻值。此外，提高了检测精度，因为在获取热导率开始前通过评估单元可靠地校正了测量桥。

根据本发明的一方面，氢气是由至少两种流体、尤其至少两种气体、尤其氢气和空气构成的流体混合物的一部分，其中优选地已知各种气体的热导率。评估单元可以被配置成通过将流体混合物的热导率与混合成流体混合物的两种流体的热导率进行比较，确定流体混合物的浓度或混合比例。因此，可以更精确地确定流体混合物的混合比例。应注意的是，两种流体中的至少一种同样可以是流体混合物，只要其热导率已知即可。在此，获取混合比例的优点在于，可以以易于理解的方式向用户指示流体混合物的组成。

根据本发明的另一方面，流体是优选地由两种流体、尤其空气和氢气构成的流体混合物，其中各种气体的热导率可以是已知的。评估单元可以被配置成通过将热导率与直线进行比较来获取流体溶液的冰点。直线通过线性插值得到，其中热导率和流体的冰点相应作为参考点。为了得到直线，将两种流体的热导率的值分别绘制在笛卡尔坐标系的x轴上，并且将两种流体的冰点值绘制在笛卡尔坐标系的y轴上。随后，将由两种流体构成的流体混合物的热导率获取的值同样绘制在x轴上，并且可以因此将热导率的冰点的相关值获取为线在此点处的y轴值。通过这种线性插值，可以以简单的方式获取冰点，并且用户可以精确地评估流体混合物是否适合特定的温度。

根据本发明的另一方面，第一导体的截面积优选地小于第二导体的截面积。通过两个导体的这种设计，以简单的方式确保第一导体在传导状态下比第二导体更强烈地升温。

根据本发明的附加的方面，第一导体和第二导体的截面积之间的比值可以在3至5的范围内，优选地为4。然而，第一导体和第二导体的截面积的比值还可以在2至6的范围内。通过第一导体和第二导体的这种设计确保第一导体充分升温，使得可以实现电阻变化的良好检测精度。

根据本发明的一方面，交流电压优选地是正弦形的。因此，可以以简单的方式产生所施加的交流电压并且适用于在3-Omega方法中的处理。

根据本发明的另一方面，流过导体组件的电流的电流强度有利地在150mA至250mA的范围内并且优选地是200mA。然而，电流强度还可以在100mA至300mA的范围内。通过将电流强度设定在该范围内，实现设备对车辆的电气系统良好的适配以及电阻变化的良好检测精度。

根据本发明的优选方面，第一导体和第二导体可以彼此相邻布置。例如，它们可以彼此上下重叠。优选地，两个导体布置在共用的保持组件上。

根据本发明的一方面，第一导体和第二导体优选地布置在共用的电路板或保持组件上。

在电路板或保持组件上可以曲折地形成第一导体和第二导体。一个导体或两个导体在电路板上的曲折的布置实现节省空间的导体组件。此外，使用标准电路板(例如FR4电路板)可以实现成本有效且易于制造的导体组件。

如果导体曲折地形成，则导体例如具有以平行距离和/或彼此相邻的至少两个支腿，这些支腿通过连接区段相连接。优选地，设有多个这样的支腿，这些支腿并排布置并且藉由连接区段相连接。在第二导体的支腿之间，第一导体例如可以布置在保持组件上。在此，第一导体布置在其间的第二导体的这两个支腿可以比其他支腿具有彼此间更大的间距。第一导体优选地还设有藉由一个或多个连接区段连接的两个或更多个支腿。这些支腿可以并排、优选以平行距离布置。至少一个导体或两个导体有利地尽可能紧凑地布置。

根据本发明的另一方面，第一导体和/或第二导体可以被设计为导线。导线被理解为具有圆形或角形或扁平或异形截面的金属导体，如果该金属导体未布置在基底或固定器中，则至少在导线纵截面中完全被流体混合物包围。被设计为导线的导体可以是形状稳定的，以螺旋或其他方式缠绕或弯曲。实验表明，尤其与呈导体线路形式的设计方案相比，通过使用导线作为第一导体和/或第二导体显著提高了检测精度。即使在导线紧固在导体线路或基板(如导体线路)上时，也能够提高检测精度。螺旋形状还可以实现紧凑的结构形式。

被设计为导线的多个导体或被设计为导线的一个导体可以借助于至少一个弹性元件预紧，以便补偿由于在载流状态下升温而发生的长度变化或保持组件由于温度变化而引起的长度变化。在此，弹性元件可以优选地被设计为弹簧元件。以这种方式可以防止被设计为导线的导体在保持组件的长度变化或形状或长度变化时与设备的其他导电区段或自身接触。以这种方式可以可靠地防止导线短路。

根据另一有利的方面，电路板或保持组件可以用覆盖件或盖件保护，覆盖件或盖件可以被设计成使得待获取其热导率的氢气或氢气混合物的可以通过以便与第一导体和/或第二导体接触。为此目的，覆盖件或盖件可以形成有槽缝或孔或开口。此外，通过覆盖件可以防止移动体撞击该导体或多个导体，由此可以可靠地防止损坏。

根据本发明的另一方面，第一导体和第二导体可以由相同的材料制成。以这种方式可以实现第一导体和第二导体的简单制造，并且不必考虑两个导体的不同材料特性。

根据本发明的附加的方面，第一导体和第二导体可以用绝缘层覆盖。可以成本有效地提供漆或阻焊漆作为绝缘层。以这种方式实现导体的极其紧凑的布置，因为可靠地防止了导体组件的并排的曲折部或螺旋匝之间的短路。

根据本发明的附加的方面，操控电路优选地成本有效且简单地由两个晶体管升压级构成。以这种方式可以将在车辆的车载电网中使用的直流电压转换成交流电压，优选地转换成正弦形交流电压。

根据本发明的另一方面，评估单元可以被配置成借助于软件实现的同步整流器对桥电压的信号分量进行滤波，该信号分量具有交流电压的单倍和/或多倍频率、优选三倍频率。以这种方式不需要被设计为硬件的同步整流器，由此在根据本发明的设备中实现节约成本。

设备优选地被设计为模块。

根据本发明，提出一种罐组件，该罐组件具有至少一个根据上述方面中的一个或多个方面的设备。罐组件具有至少一个流体罐，该流体罐具有至少一个能够填充流体的内罐空间。流体罐例如被设计为压力储存器或液态氢储存器或具有金属氢化物的储存器或具有纳米管的储存器。还可设想的是，通过化学化合物将尤其呈氢气形式的流体储存在流体罐中。该设备优选地布置在罐空间外部，以便通过获取流体罐周围大气的热导率来探测尤其呈气体形式的流体的可能的逸出或可能的泄漏。

换言之，液体容器可以具有用于获取流体或流体混合物的热导率的设备。该设备在此不与容器内部空间操作连接，即不被内部空间中的流体/流体混合物环流。而是，设备被布置成使得导体组件与液体容器周围的大气或液体容器周围的空气或气体接触。因此，可以通过逸出到环境中的流体或流体混合物获取热导率的变化。以这种方式可以可靠地确定例如氢气是否逸出。

优选地，流体罐是能够填充氢气的氢气罐。氢气罐例如可以被设计为燃料电池。该设备优选地被设置成探测氢气的泄漏。这是有利的，因为由于氢的热导率相对较高，所以该设备能够以非常高的确定性来检测氢气。这尤其由于氢气罐周围的气体的热导率的变化，该气体在泄漏时被氢气污染。

在本发明的另一个设计方案中，设有多个彼此间隔开布置的设备。这些设备在不同的区域以其导体组件与流体罐周围、尤其流体罐外部的气体接触。因此进一步安全性，因为可以通过设备监测流体罐的更大区域。可设想的是，这些设备共享一个或多个构件，例如评估单元。设备的导体组件优选地不被共享，使得在相应的设备中提供相应的导体组件，该导体组件可以分别与流体混合物接触。

根据本发明，提供一种车辆，该车辆具有氢驱动装置和根据上述方面中的一个或多个方面的罐组件。该车辆可以通过罐组件安全地使用，并且在设备技术方面以简单的方式设计。

车辆可以是飞行器或水基车辆或路基车辆。路基车辆可以是机动车辆或轨道车辆或自行车。特别优选地，车辆是载重车辆或乘用车辆或摩托车。此外，车辆可以被设计为非自主或部分自主或自主车辆。

优选地，设备邻近氢气罐或燃料电池布置，和/或设备布置在车辆底部区域、尤其底部内侧，和/或设备布置在尤其车辆内侧排气道的区域中。已经表明，在泄漏时，氢气在该位置处积聚，并且因此容易被检测到。如过在所有位置处设有这样的设备，则可以实现安全地监测氢气罐。

根据本发明的利用根据上述方面的一个或多个方面的设备或根据上述方面的一个或多个方面的罐组件来获取气体混合物中的氢气的热导率的方法具有以下步骤：向测量桥施加交流电压；检测桥电压；并且使用3-Omega方法评估桥电压来获取气体混合物的热导率。

在测量桥的一个分压器的第二元件被设计为固定电阻并且测量桥的另一个分压器的两个电阻被设计为可调电阻的情况下，可以根据本发明的一方面实施初始步骤来校正测量桥。然后，评估单元可以被设计成使两个晶体管升压级中的至少一个将直流电压施加在测量桥上。直流电压在此具有200mV的值。然而，直流电压的值还可以在包含100mV与500mV之间。随后检测桥电压并且评估单元改变两个可调电阻的电阻。然后再次将直流电压施加到测量桥并且检测桥电压。重复这一过程，直至响应施加的直流电压而检测到的桥电压大体上等于0V的电压。因此，可以可靠地校正测量桥。该过程优选地在启动或开始检测热导率时实施，以便初始校正测量桥。

替代于此或附加于此，评估单元可以被设计成滤除桥电压的信号分量，该信号分量与施加在测量桥上的交流电压的单倍频率相对应。桥电压的该信号分量的幅度可以用作测量桥失调的量度，并且评估单元可以被设计成中改变可调电阻的电阻值，使得桥电压的信号分量大体上为0V，该信号分量与施加的交流电压的单倍频率相对应。该过程提供如下优点：在测量操作期间可以检测到测量桥的失调。因此，可以检测到测量桥例如由于操作期间的升温而产生的失调，并且可以随后校正测量桥。

附图简要说明

下面参考附图详细描述本发明。在附图中：

图1示意性地示出用于获取流体混合物的热导率的设备的电路图；

图2示出根据本发明的一个实施方式的导体组件，该导体组件具有施加在电路板上的第一导体和第二导体；

图3示出用于在使用第一导体和第二导体获取流体的热导率的方法的过程图；

图4和图5示出具有导体组件的测量桥，其中第一导体和第二导体被设计为导线；

图6和图7示出具有导体组件的测量桥，其中被设计为导线的第一导体和固定电阻串联连接；以及

图8示出用于在使用固定电阻获取流体的热导率的方法的过程图。

具体实施方式

下面将描述本发明的实施方式。图1示意性地示出用于获取流体的热导率的设备1的电路图。在本实施方式中，流体尤其是可以由氢气和空气形成的流体混合物。当氢气由于不密封而无意地从呈车辆70的氢气罐50形式的流体罐中逸出时，可能产生流体混合物。此外，根据本实施方式，设备1被设计成在车辆中应用。

在本实施方式中，流体混合物的热导率用作氢气与空气的混合比例的量度。因此，氢气和空气混合的流体混合物具有的热导率介于氢气和空气的热导率之间，使得可以通过将获得的热导率与指定热导率进行比较得到流体混合物的混合比例的结论。

为此，用于获取由多种流体构成的流体混合物的热导率的设备1具有电导体组件2、测量桥4、操控单元6、电压检测单元8和评估单元10。

电导体组件2被设计成如果氢气逸出，电导体组件至少部分与空气或流体混合物接触。图1和图2示出的电导体组件2通过与氢气罐50周围的空气连接而与空气或流体混合物接触。因此，导体组件2不是与氢气罐50的内部接触，而是与其环境接触。为此，设备1例如布置或紧固在氢气罐50附近或氢气罐50外部。还可设想的是，设有用于监测氢气罐50的多个设备1。

设备1优选地布置在氢气罐50上或氢气罐附近，使得设备可以探测到逸出的氢气。

电导体组件2具有串联连接的第一导体21和第二导体22。第一导体21和第二导体22在无电流状态下具有相同的电阻值。此外，两个导体21、22被设计成使得第一导体21在传导状态下比第二导体22更强烈地升温。

在本实施方式中，使用在图2中展示的导体组件2，其中两个导体21、22呈导体线路的形式曲折地布置在电路板26上。为了实现曲折的布置，如图2所示，两个导体21和22具有多个支腿23和这些支腿23之间的连接区段24。在图2的示例中，第一导体21同样曲折地布置在第二导体22的两个、尤其中央的支腿23之间。然而，两个导体21和22的布置并不限于示出的布置，并且两个导体21和22例如可以仅局部曲折地布置。此外，两个导体21、22中的一个导体、优选第二导体22可以曲折地布置。通过已知的印刷工艺将呈导体线路形式的两个导体21、22施加在电路板26、例如FR4电路板上，可以获得成本有效且坚固的导体组件2。此外，两个导体21、22的曲折的布置的优点在于，导体组件2节省空间地布置在液体容器30中。

如图2所示，第一导体21的截面积小于第二导体22的截面积。因此，为了使第一导体21和第二导体22在断电状态下具有相同的电阻值，第二导体22必须比第一导体21长一个系数，第二导体22的截面积比第一导体21的截面积大该系数。在图2中展示的电导体组件2中，第二导体22的截面大4倍，使得第一导体21必须具有4倍的长度，以便具有相同的电阻值。然而系数并不限于系数4，并且例如可以处于3至5的范围内。通过两个截面积的这种设计确保在传导状态下电阻变化时的足够的检测精度，如下所述。

在本实施方式中，两个导体21、22由铜制成的导体线路实现。然而，还可以使用其他材料，例如镍。优选地，两个导体21、22由相同的材料制成，使得不需要考虑不同材料对尺寸和下文描述的在传导状态下电阻变化的影响。此外，在使用同种材料时，简化了电导体组件2的制造。

此外，第一导体和第二导体21、22优选地覆盖有阻焊漆，从而避免了由于第一导体与第二导体之间存在的流体混合物而导致第一导体与第二导体21、22的各个曲折部之间的短路。

如果电流流过串联连接的两个导体21、22，第一导体21由于其更小的截面积而比第二导体22更强烈地升温。因此，第一导体21的电阻值增加得比第二导体22的电阻值更大。由于导体组件2完全浸没在流体混合物中，第一导体21的升温程度还取决于流体混合物的热导率。当流体混合物具有较高的热导率时，第一导体21比流体混合物具有较低的热导率时升温程度较低。因此，具有高热导率的流体混合物比具有低热导率的流体混合物更好地冷却第一导体21。因此，第一导体21的电阻变化的大小可以用作流体混合物的热导率的量度。

为了检测第一导体21的电阻变化，如图1所示，使用例如被设计为韦斯顿(Wheatstone)测量桥、具有两个并联连接的分压器的测量桥4，其中分压器中的一个分压器由电导体组件2、因此由第一导体21和第二导体22的串联连接构成。另一个分压器由两个电阻R1和R2或41和42构成，这些电阻分别具有相同的电阻值。使用测量桥4提供如下优点：第一导体21和第二导体22的电阻值的变化由于环境温度的变化而被完全补偿。

为了在两个导体21、22中产生电流流动，通过操控单元6在测量桥4上施加交流电压。在本实施方式中，操控单元6由两个晶体管升压级61、62构成，使得可以将车辆70的车载电网的直流电压转换为交流电压。为此，第一晶体管升压级61交替地向测量桥4施加正电压，第二晶体管升压级62交替地向测量桥施加负电压。交流电压在此尤其是正弦形交流电压，因此可以执行下文所述的3-Omega方法。操控单元6向测量桥4施加交流电压，使得在串联连接的第一导体和第二导体21和22中流过约200mA范围内的电流。然而，电流强度并不限于该值，并且例如可以处于150mA至250mA的范围内。第一导体21在传导状态下升温几个开尔文，由此电阻值增加，这进而引起测量桥4失调。因此，在两个分压器之间存在桥电压Ub，该桥电压由电压检测单元8检测。优选地，桥电压Ub一方面在电阻41与42之间被分接，并且另一方面在导体21与22之间被分接。

在本实施方式中，如图1所示，电压检测单元8被设计为放大器单元、尤其差分放大器，以将检测到的桥电压Ub放大到预定倍数，从而获得在电阻81处由评估单元10分接的放大电压Uv。因此，放大电压Uv与桥电压Ub相对应，或藉由放大电压Uv可以推断出桥电压Ub，并且处理放大电压Uv应理解为处理桥电压Ub。

在本实施方式中，评估单元10由具有RAM、ROM、CPU、I/O连接端、A/D转换器等的已知微处理器构成。评估单元10被配置成使用3-Omega方法评估桥电压Ub或与桥电压Ub相对应或可以推断出桥电压的放大电压Uv来获取流体混合物的热导率。

3-Omega方法首次由Jason Randall Foley于1999年在《The 3-Omega method asa nondestructive testing technique for composite material characterization》中描述。其内容通过引用并入本文。

在3-Omega方法中，与样品接触的金属线，即第一导体21既用作加热器又用作温度计。如上所述，操控单元6向测量桥4施加交流电压U0，使得电流I以相同的频率流过第一导体21。因此，在第一导体21中，以两倍频率振荡的功率被转换成热量，使得第一导体21的温度以及因此其电阻值随着施加的交流电压U0的双倍频率变化。

因此，测量桥4失调并且生成同样随电阻变化的双倍频率振荡的桥电压Ub。在本实施方式中，形成桥电路4的第二分压器的两个电阻41、42的电阻值以及第一导体21和第二导体22的电阻值被设计成它们在无电流状态下具有相同的电阻值R。此外，第二导体22被设计成其电阻值在传导状态下大体上不变化。由此得到如下优点：桥电压与第一导体21的电阻变化ΔR₂₁成比例并且可以用下式表示：

因此，桥电压Ub具有频率为施加在测量桥4上的交流电压的三倍的信号分量。所谓的3-Omega信号分量在软件中进行过滤。评估单元10因此被配置为通过软件实现同步整流器对桥电压Ub的信号分量进行滤波，该信号分量具有交流电压的多倍频率、优选三倍频率。

根据3-Omega方法，具有桥电压三倍频率的信号的幅度是流体或流体混合物的热导率的直接量度。如已提及的，流体混合物中获取的热导率介于氢气和空气的热导率的两个值之间，因此可以将其用作混合比例的量度。获取的热导率可以随后与预定热导率相比较，以评估氢气是否存在于氢气罐50外部。如果在流体混合物中识别到氢气，则可以输出信号或报警信号。

如上所述，流体混合物可以由氢气和空气两种流体构成，这两种流体的热导率相应是已知的。根据另一实施方式，评估单元10还可以被配置成通过将流体混合物的热导率与两种流体的热导率进行比较来确定流体混合物的浓度。

随后，参考图3描述用于获取流体或流体混合物的热导率的方法100的步骤S1至S6。评估单元10在此被配置成控制用于获取热导率的设备1的其他部件，从而实施方法100的各个步骤S1至S6。为了获得进一步信息的目的，评估单元10能够与其他未示出的单元和器件(例如检测器件)进行通信，这些单元和器件安装在车辆70中并且藉由例如车辆总线相互通信连接。在此，方法100以软件形式存储在RAM或ROM中，并且通过CPU实施命令，并且通过在I/O连接端处发出和接收信号来实施。

在步骤S1中，检查车辆70的点火装置是否打开和/或关闭。如果没有检测到点火装置打开和/或关闭(S1中的否)，则等待直至接收到对应的信号。当点火装置打开和/或关闭(S1中的是)，则实施S2。

在S2中，基于从检测器件接收到的信号确定是否进行氢气罐50的填充和/或清空。如果确定没有发生填充和/或清空(S2中的否)，则处理返回至方法的开始。当确定已经发生填充和/或清空，则处理进行到步骤S3。

应注意的是，还可以在没有步骤S1和S2的情况下实施方法100，使得方法100直接从步骤S3开始。在此，以预定间隔重复方法100。方法100还可以仅具有两个步骤S1或S2中的一个步骤。两个步骤S1和S2的顺序还可以改变。

在S3中，评估单元10控制操控单元6，以将交流电压施加在测量桥4上并且方法100进行到步骤S4。

在S4中，电压检测单元8检测桥电压Ub或与桥电压Ub对应的放大电压Uv，并且方法100进行到S5。

在S5中，评估单元10对电压Uv的信号分量进行滤波，该信号分量与施加到测量桥4上的电流的三倍频率相对应，并且从中获取流体混合物或空气(如果没有氢气逸出)的热导率。

在可以任选地实施的S6中，获取流体混合物的浓度和/或冰点。然而不需要获取这些参数，使得还可以在没有步骤S6的情况下实施方法100。

已经描述了用于车辆70的设备1、用于获取流体或流体混合物的热导率的方法100和氢气罐50。应注意的是，设备1和方法100并不限于此，并且可以用在要确定流体或流体混合物的热导率的任何领域中。此外，氢气罐50并不限于在车辆70中使用。

图4和图5示出具有导体组件200的测量桥240，其中第一导体221和第二导体222被设计为导线。具有圆形或角形截面的金属导体被理解为导线，该导体仅在其两个端部处安装在保持组件上。其间的区段完全被流体混合物包围。

在此，第一导体221具有的长度是第二导体222的长度的多倍、优选四倍，并且因此具有截面，该截面比第二导体222的截面小第一导体221的长度与第二导体222的长度的比值。因此，第一导体221和第二导体222在无电流状态下具有相同的电阻值。为了减小导体组件200的空间范围，第一导体221曲折地安装在导体组件200上。应注意的是，出于绘图的原因，图4和图5中的两个导体221和222的截面被绘制为相同的。两个导体221和222的截面实际上彼此不同。

两个导体221和222藉由保持组件201的凹进表面202在与凹进表面202平行的平面中伸展，使得这些导体完全被流体或流体混合物包围并且环流。以这种方式，两个导体221和222可以完全与流体或流体混合物进行接触。以这种方式，可以通过根据本发明的设备进一步提高热导率的检测精度。

在导体组件200的边缘区域中，两个导体221和222藉由开口204优选地从密封或开放的内部空间中导出，以形成各个曲折部。在此，导体221、222的从开口204导出的曲折区段可以以平行距离和/或在共用的平面中延伸。在导体组件200中，一个或多个弹性元件，例如弹簧元件(未示出)可以布置在例如内部空间中，以将两个导体221和222机械预紧，使得补偿由于在载流状态下的升温而引起的长度变化，其中既补偿导体组件200的长度变化，也补偿两个导体221和222的长度变化。以这种方式可以防止两个导体221和222或第一导体221的相邻曲折部彼此接触，并且可以由此可靠地防止短路。此外，同样可以补偿保持组件201由于温度变化而引起的长度或形状变化。导体221和222的从开口204导出的曲折区段可以具有相同的长度。

在这两个导体221与222之间以及第一导体221的曲折部之间布置有至少一个突起或多个优选长方体形的突起206。突起206从凹进表面202延伸至平面，该平面同样与凹进平面平行且比布置有第一导体和第二导体221和222的平面相对于凹进表面202更远地间隔开。因此，突起206同样防止第一导体和第二导体221和222以及第一导体221的曲折部接触。

换言之，设置有与从开口204伸出的导体221和222重叠的一个突起或多个突起206，以保护这些导体。替代性地或附加地，可设想的是设置具有至少一个流体开口的盖件，以保护导体221和222。(多个)突起的优点在于，尽管有保护，导体221和222实际上是暴露的，并且可以容易地与流体/流体混合物接触。

测量桥240的另一支路的两个电阻41和42被设计为具有固定电阻值的电阻。两个电阻41和42的电阻值在此被选择成使得测量桥240在无电流状态下保持平衡。两个电阻41和42以及具有第一导体和第二导体221和222的导体组件200可以布置在共用的组件(例如共用的电路板)上，或可以在空间上彼此分开地布置并且藉由线缆相互连接。

在保持组件201的边缘区域形成孔208，用于导体组件200的盖件或覆盖件(未示出)的销可以插入这些孔中。替代性地，还可以将螺钉拧入优选地形成有螺纹的孔中，以将盖件与保持组件201相连接。为了使流体混合物仍可以与第一导体和第二导体221和222接触，盖件具有槽缝或孔，流体混合物可以藉由槽缝或孔流向第一导体和第二导体221和222。此外，可以通过盖件降低第一导体和第二导体221和222收到机械损伤的风险。

图6和图7示出根据本发明的另一个实施方式的测量桥340。在测量桥340中，分压器之一由根据另一实施方式的导体组件300构成。在导体组件300中，安装在保持组件301上、被设计为导线的第一导体321和固定电阻322串联连接。在该导体组件300的应用中，固定电阻322不必与流体接触，并且只要第一导体312与流体接触就够了。

另一个分压器由两个可调电阻341和342构成。电阻341和342是电阻值可以改变的电阻，并且优选地被设计为数字电位器。在该实施方式中，评估单元10被配置成调节或改变电阻341和342的电阻值，使得在初始施加交流电压U0时测量桥340是平衡的。

在该实施方式中，导体组件300仅具有被设计为导线的第一导体321。第一导体321在连接端302处与测量桥340的线路相连接。在图8和图9所示的实施方式中，连接端302是螺钉连接端，然而连接端还可以被设计为夹式或插入式连接端。因此，导体组件可以易于装配和拆卸。

在图6和图7示出的示例中，第一导体321是环圈并且布置在与保持组件301的底面304平行的平面中。底面304例如被设计为平面或平坦的。围绕底面304形成有框架306，因此保持组件301形成为其中存在少量流体的凹进壳体或盒体。因此，第一导体321可以优选地布置在盒体中。通过这样设计的保持组件301实现，被设计为导线的第一导体321大体上在整个长度上完全被流体包围。因此进一步提高了检测精度。

第一导体321在一个或多个偏转点308上布线，并且借助于一个或多个弹性元件预紧，以便补偿由于在载流状态下的升温引起的长度变化以及保持组件301在温度变化时的形状或长度变化。在本实施方式中，弹性元件被设计为弹簧元件310和312。第一弹簧元件310将第一导体321朝向环圈外侧的方向预紧。第二弹簧元件312将第一导体321朝向环圈内侧预紧，其方式为第二弹簧元件312将第一导体321的两个相对的区段拉紧。以这种方式，可靠地防止第一导体321与本身或导体组件300的其他元件接触。因此可以可靠地防止第一导体321的短路。此外，可以补偿保持组件由于温度变化而引起的形状或长度变化。

在第一导体321的环圈的内部和外部，进而布置有突起314或凸缘，这些突起或凸缘进一步可靠地防止第一导体321与本身或周围元件接触。

保持组件301在中间区域外侧具有两个空心圆柱体316，盖件或覆盖件(未示出)的销可以插入其中或螺钉可以拧入其中，以将盖件与保持组件301连接。在此，盖件放置在导体组件300的框架306上，并且进而形成有槽缝或孔，使得流体可以进入导体组件300的内部。通过盖件降低了保持组件301或第一导体321的机械破坏的风险。

保持组件301并不限于第一导体321，并且第二导体同样可以布置在类似的导体组件上。此外，导体组件300还可以被设计成第一导体和第二导体均可以安装在导体组件300上。为此目的，两个导体可以在两个平行平面中彼此上下布线，或长度小于第一导体的第二导体可以在第一导体的环圈内部同样形成环圈，该环圈在必要时同样通过弹性元件预紧。

在图8中示出在使用图6和图7示出的测量桥340时实施的方法400的过程图。方法400与图3示出的方法100的不同之处在于，在步骤S1之前实施步骤S10，其中评估单元10通过调节两个电阻341和342的电阻值校正测量桥340。

在此，如下执行测量桥340的校正。评估单元10被设计成使两个晶体管升压级61、62中的至少一个将直流电压施加在测量桥340上。直流电压在此具有200mV的值。然而，直流电压的值还可以在包含100mV与500mV之间。随后检测桥电压Ub并且评估单元10改变两个可调电阻341和342。然后再次将直流电压施加到测量桥340并且检测桥电压Ub。重复这一过程，直至响应施加的直流电压而检测到的桥电压Ub大体上等于0V的电压。因此，可以可靠地校正测量桥340。该过程优选地在启动或开始检测热导率时实施，以便初始校正测量桥340。

替代于此或附加于此，评估单元10可以被设计成滤除桥电压Ub的信号分量，该信号分量与施加在测量桥340上的交流电压U0的单倍频率相对应。桥电压Ub的该信号分量的幅度可以用作测量桥340失调的量度，并且评估单元10被设计成在步骤S10中改变可调电阻341和342的电阻值，使得桥电压的信号分量大体上为0V，该信号分量与施加的交流电压Ub的单倍频率相对应。该过程提供如下优点：在测量操作期间可以检测到测量桥340的失调。因此，可以检测到测量桥340例如由于操作期间的升温而产生的失调，并且可以随后校正测量桥340。

Claims (9)

1.一种用于获取氢气浓度或氢气混合物浓度的设备，所述设备具有：

电导体组件(2，200，300)，所述电导体组件被设计成能够与氢气或氢气混合物进行接触，其中所述导体组件(2，200，300)被设计为具有两个元件(21，221，321，22，222，322)的分压器，其中所述第一元件是第一导体(21，221，321)，所述第一导体至少在传导状态下具有电阻值，所述电阻值与所述第二元件(22，222，322)的电阻值不同；

测量桥(4，240，340)，所述测量桥具有两个并联连接的分压器，其中所述分压器中的一个分压器由所述电导体组件(2，200，300)构成；

操控单元(6)，所述操控单元用于在所述测量桥(4，240，340)上施加交流电压(U0)；

电压检测单元(8)，所述电压检测单元用于检测桥电压(Ub)；以及

评估单元(10)，所述评估单元被配置成通过使用3-Omega方法评估所述桥电压(Ub)来获取氢气或氢气混合物的热导率。

2.根据权利要求1所述的设备，其中

所述第二元件是第二导体(22，222)，并且所述第一导体(21，221)和所述第二导体(22，222)在无电流状态下具有相同的电阻值，并且所述第一导体(21，221)在传导状态下比所述第二导体(22，222)更强烈地升温。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中

所述第二元件是固定电阻(322)，并且所述第一导体(321)至少在载流状态下具有电阻值，该电阻值与所述固定电阻(322)的电阻值不同，

测量桥(340)的分压器中的另一个分压器由两个可调电阻(341，342)构成，并且

所述评估单元被配置成在施加所述交流电压(U0)之前调节所述两个可调电阻(341，342)，使得校正所述测量桥(340)。

4.根据前述权利要求之一所述的设备，其中

氢气是由至少氢气和至少一中其他气体构成的气体或流体混合物的一部分，其中每种气体具有已知的热导率，并且

所述评估单元(10)被配置成通过将所述气体混合物的热导率与氢气和所述至少一种其他气体的热导率相比较来确定所述气体混合物的浓度。

5.一种罐组件，所述罐组件具有至少一个根据权利要求1至4之一所述的设备并且具有至少一个能够填充所述流体的流体罐(50)，其中所述设备(1)的导体组件(2，200，300)与至少部分包围所述流体罐(50)的气体接触。

6.根据权利要求5所述的罐组件，其中所述流体罐是能够填充氢气的氢气罐(50)，并且其中所述设备(1)被配置成探测氢气的泄漏。

7.根据权利要求5或6所述的罐组件，其中设有多个所述设备(1)，所述设备彼此间隔开布置在所述罐空间和/或流体罐(50)外部，以探测流体泄漏。

8.一种车辆，所述车辆具有氢驱动装置和根据权利要求5至7之一所述的罐组件。

9.一种利用根据权利要求1至4之一所述的设备或根据权利要求5至7之一所述的罐组件获取气体混合物中氢气的热导率的方法，所述方法具有以下步骤：

将交流电压施加(S3)到测量桥(4，240，340)，

检测(S4)桥电压(Ub)，

通过使用3-Omega方法评估所述桥电压(Ub)来获取(S5)所述气体混合物的热导率。