DE102010027946A1

DE102010027946A1 - Monitoring system for a coolant circuit

Info

Publication number: DE102010027946A1
Application number: DE201010027946
Authority: DE
Inventors: Malte Bickelhaupt; Stefan Muelders
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2011-10-20
Also published as: EP2561198A1; WO2011131387A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Überwachung eines Mischungsverhältnisses eines zusammengesetzten Kühlmittels (110) in einem Kühlmittelkreislauf, insbesondere zum Einsatz in einem Kühlsystem für motorische Antriebe oder einem Klimatisierungssystem in der Haustechnik. Das System verfügt über einen Ultraschallsender (102) zum Einkoppeln eines Ultraschallsignals (114) in ein Kühlmittelvolumen (112); einen Ultraschallempfänger (104) zum Auskoppeln des Ultraschallsignals (114) nach dessen Durchgang durch das Kühlmittelvolumen (112); und ein Steuergerät (106) zum Ermitteln des Mischungsverhältnisses basierend auf dem ausgekoppelten Ultraschallsignal (114) und einem vorbestimmten Zusammenhang zwischen Kühlmitteldichte und Mischungsverhältnis.The invention relates to a system for monitoring a mixing ratio of a composite coolant (110) in a coolant circuit, in particular for use in a cooling system for motor drives or an air conditioning system in domestic technology. The system has an ultrasound transmitter (102) for coupling an ultrasound signal (114) into a coolant volume (112); an ultrasound receiver (104) for decoupling the ultrasound signal (114) after it has passed through the coolant volume (112); and a control unit (106) for determining the mixing ratio based on the decoupled ultrasound signal (114) and a predetermined relationship between coolant density and mixing ratio.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein System zur Überwachung eines Mischungsverhältnisses eines zusammengesetzten Kühlmittels in einem Kühlmittelkreislauf, insbesondere zum Einsatz in einem Kühlsystem für motorische Antriebe oder einem Klimatisierungssystem in der Haustechnik.The invention relates to a system for monitoring a mixing ratio of a composite coolant in a coolant circuit, in particular for use in a cooling system for motor drives or a domestic air conditioning system.

Beim Betrieb von Motoren wie beispielsweise Verbrennungs- oder Elektromotoren entsteht Wärme, die nicht in mechanische Energie umgesetzt werden kann und über Kühlsysteme abgeführt werden muss. Beispielsweise wird im Bereich der Lithium-Ionen-Akkumulatorentechnik die Überhitzung geladener Akkumulatoren mittels eines Kühlsystems vermieden.The operation of engines such as combustion or electric motors generates heat that can not be converted into mechanical energy and must be dissipated via cooling systems. For example, in the field of lithium-ion accumulator technology, the overheating of charged accumulators by means of a cooling system is avoided.

Ein Kühlsystem verfügt üblicherweise über einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf. Als Kühlmittel wird häufig eine Flüssigkeit verwendet, die bspw. aus Wasser und einem oder mehreren zugesetzten Additiven besteht. Wasser wird wegen seiner hohen spezifischen Wärme und der damit verbundenen großen Wärmeaufnahmekapazität verwendet, während Additive beispielsweise der Vermeidung von Korrosion und/oder zum Gefrierschutz dienen. Das Mischungsverhältnis „Wasser zu Additiv” soll sich zur Vermeidung von beispielsweise Frost- oder Korrosionsschaden in einem bestimmten, vorgegebenen Bereich befinden. Allerdings kann sich das Mischungsverhältnis beispielsweise wegen Verdünnung mit zugegebenem Wasser oder durch Verdunstungseffekte ändern. Häufig wird allerdings das Mischungsverhältnis nur gelegentlich, etwa beim Werkstattbesuch, überprüft und gegebenenfalls eingestellt, aber nicht dauerhaft überwacht, so dass Schäden nicht zuverlässig ausgeschlossen werden können.A cooling system usually has a closed coolant circuit. As a coolant, a liquid is often used, for example, consists of water and one or more additives added. Water is used because of its high specific heat and the associated high heat capacity, while additives are used for example to prevent corrosion and / or for anti-freezing. The mixing ratio "water to additive" should be in a certain, predetermined range to avoid, for example, frost or corrosion damage. However, the mixing ratio may change, for example, due to dilution with added water or due to evaporation effects. Frequently, however, the mixing ratio is only occasionally checked, for example during a workshop visit, and adjusted if necessary, but not permanently monitored, so that damage can not be reliably ruled out.

Ein weiterer Bereich, in dem Kühlsysteme eine wichtige Rolle spielen, sind Klimatisierungssysteme in der Haustechnik. Ein Klimatisierungssystem steuert wenigstens die Temperatur in mindestens Teilen eines Gebäudes, was im allgemeinen ein Kühlsystem und ein Heizsystem erfordert. In diesem Bereich werden häufig wasserbasierte Lithium-Chlorid-Lösungen zur Entfeuchtung und Klimatisierung (d. h. Kühlung und/oder Heizung) verwendet. Der Konzentrationsgehalt der Lösung im Wasser muss sich in einem optimalen Bereich befinden, um Wirkungsgradverlusten vorzubeugen. Somit muss der Konzentrationsgehalt regelmäßig überwacht werden.Another area in which cooling systems play an important role is air-conditioning systems in building services. An air conditioning system at least controls the temperature in at least parts of a building, which generally requires a cooling system and a heating system. In this area, water-based lithium chloride solutions are often used for dehumidification and air conditioning (i.e., cooling and / or heating). The concentration of the solution in the water must be within an optimal range to prevent efficiency losses. Thus, the concentration content must be monitored regularly.

Die Überwachung des Mischungsverhältnisses bzw. Konzentrationsgehalts (diese Begriffe werden nachfolgend synonym verwendet) erfolgt im einfachsten Fall durch manuelle Entnahme von Proben und Analyse der Probe, beispielsweise in einer Werkstatt.The monitoring of the mixing ratio or concentration content (these terms are used synonymously below) takes place in the simplest case by manual sampling and analysis of the sample, for example in a workshop.

Die DE 100 62 165 A1 beschreibt eine Aräometerlösung in Form einer Vorrichtung zum Bestimmen des Gehalts an Frostschutzmitteln in wässrigen Lösungen, bei der eine Mehrzahl an Auftriebskörpern in einer Kammer angeordnet ist, wobei die gestaffelte Dichte der Auftriebskörper mit Konzentrationswerten der zu messenden Frostschutzmittellösung übereinstimmt. Eine elektrische Schaltung setzt das Schwimmverhalten der Auftriebskörper in ein elektrisches Signal um. Dieses Messsignal wird an eine Anzeigeeinheit weitergegeben, die dem Fahrer eines Fahrzeugs signalisiert, dass der Füllstand zu niedrig ist ().The DE 100 62 165 A1 describes an arometer solution in the form of a device for determining the antifreeze content in aqueous solutions, in which a plurality of buoyant bodies is arranged in a chamber, the graduated density of the buoyant bodies coinciding with concentration values of the antifreeze solution to be measured. An electrical circuit converts the floating behavior of the buoyancy bodies into an electrical signal. This measurement signal is passed on to a display unit, which signals the driver of a vehicle that the level is too low ().

In der DE 195 23 110 A1 wird ein Flüssigkeitsrefraktometer zur Messung der Frostschutzmittelkonzentration in einem Kühlmittel eines Kraftfahrzeug-Kühlsystems beschrieben. Das Refraktometer misst die Brechzahl des Kühlmittels durch Auswertung der optischen Transmission einer in das Kühlmittel eingetauchten Lichtleitstrecke, beispielsweise einer in einem durchsichtigen Röhrchen gehaltenen Referenzflüssigkeit. Das Refraktometer kann im Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein.In the DE 195 23 110 A1 A liquid refractometer for measuring antifreeze concentration in a coolant of a motor vehicle cooling system will be described. The refractometer measures the refractive index of the coolant by evaluating the optical transmission of a light guide path immersed in the coolant, for example a reference fluid held in a transparent tube. The refractometer can be arranged in the coolant circuit of a motor vehicle.

Ein Nachteil der existierenden Lösungen besteht in ihrer Komplexität und der daraus folgenden Fehleranfälligkeit. So verfügen beispielsweise Überwachungssysteme auf Basis des Aräometerprinzips über mechanische Komponenten wie etwa Auftriebskörper. Deren Bewegbarkeit muss ständig gewährleistet sein, damit eine kontinuierliche Überwachung gewährleistet ist. Messungen mittels Refraktometer benötigen empfindliche Teile wie beispielsweise durchsichtige Röhrchen, die ebenfalls mechanisch anfällig sind.A disadvantage of the existing solutions lies in their complexity and the consequent error susceptibility. For example, monitoring systems based on the hydrometer principle have mechanical components, such as buoyancy bodies. Their mobility must be constantly ensured to ensure continuous monitoring. Measurements by means of a refractometer require sensitive parts, such as transparent tubes, which are also mechanically susceptible.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Überwachungssystem zur Überwachung eines Mischungsverhältnisses eines zusammengesetzten Kühlmittels in einem Kühlmittelkreislauf anzugeben, welches eine kontinuierliche Überwachung bspw. ohne manuelle Probenentnahme erlaubt und dabei einfach, robust und zuverlässig ist.The object of the invention is to provide a monitoring system for monitoring a mixing ratio of a composite coolant in a coolant circuit, which allows continuous monitoring, for example, without manual sampling and is simple, robust and reliable.

Allgemeine Darstellung der ErfindungGeneral presentation of the invention

Erfindungsgemäß wird ein System zur Überwachung eines Mischungsverhältnisses eines zusammengesetzten Kühlmittels in einem Kühlmittelkreislauf vorgeschlagen, welches die folgenden Komponenten aufweist: einen Ultraschallsender zum Einkoppeln eines Ultraschallsignals in ein Kühlmittelvolumen, welches Teil des Kühlmittelkreislaufs ist; einen Ultraschallempfänger zum Auskoppeln des Ultraschallsignals nach dessen Durchgang durch das Kühlmittelvolumen; und ein Steuergerät zum Ermitteln des Mischungsverhältnisses basierend auf dem ausgekoppelten Ultraschallsignal und einem vorbestimmten Zusammenhang zwischen Kühlmitteldichte und Mischungsverhältnis.According to the invention, a system is proposed for monitoring a mixing ratio of a composite coolant in a coolant circuit, comprising the following components: an ultrasonic transmitter for coupling an ultrasonic signal into a coolant volume which is part of the coolant circuit; an ultrasonic receiver for coupling the ultrasonic signal after passing through the coolant volume; and a controller for Determining the mixing ratio based on the decoupled ultrasonic signal and a predetermined relationship between the refrigerant density and mixing ratio.

Der Einsatz von Ultraschallsender und -empfänger ermöglicht den weitgehenden Verzicht auf mechanisch bewegbare Teile im System. Hierdurch wird das System einfach, und damit robust und zuverlässig wird. Die Verwendung von Ultraschallsensoren ermöglicht weiterhin eine besonders kostengünstige automatisierte Überwachung.The use of ultrasonic transmitter and receiver makes it possible to largely dispense with mechanically movable parts in the system. This makes the system simple, and thus robust and reliable. The use of ultrasonic sensors also enables a particularly cost-effective automated monitoring.

Bei einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung ist das Steuergerät ausgebildet, um das Mischungsverhältnis basierend auf einer Detektion einer Laufzeit des Ultraschallsignals durch das Kühlmittelvolumen zu ermitteln. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung ist das Steuergerät ausgebildet, um das Mischungsverhältnis basierend auf einer Detektion einer Amplitude des empfangenen Ultraschallsignals zu ermitteln. Beispielsweise kann das Steuergerät eine relative Amplitude des empfangenen Signals – in Relation zum ausgesendeten Signal – ermitteln. Bei nochmals weiteren Ausführungsformen kann das Steuergerät sowohl eine Laufzeit als auch eine Amplitude des Ultraschallsignals ermitteln, um bspw. die Genauigkeit zu erhöhen.In a specific embodiment of the invention, the control unit is designed to determine the mixing ratio based on a detection of a transit time of the ultrasonic signal by the coolant volume. In other embodiments of the invention, the controller is configured to determine the mixing ratio based on detection of an amplitude of the received ultrasonic signal. For example, the controller may determine a relative amplitude of the received signal - in relation to the transmitted signal. In yet further embodiments, the controller may determine both a transit time and an amplitude of the ultrasonic signal to increase accuracy, for example.

Das Kühlmittelvolumen, durch welches das Ultraschallsignal gesendet wird, kann beispielsweise durch ein Behältnis begrenzt sein. Das System kann derart ausgebildet sein, dass das Einkoppeln, das Auskoppeln oder beides durch das Behältnis hindurch erfolgt. Wird beispielsweise das Anbringen von Ultraschallsender und -empfänger an Wandungsteilen des Behältnisses vorgesehen, erfolgt kein Eingriff in den Kühlmittelkreislauf selbst. Auch brauchen Sender und/oder Empfänger nicht beständig gegenüber dem Kühlmittel sein.The volume of coolant through which the ultrasonic signal is transmitted may be limited, for example, by a container. The system may be designed such that the coupling, the decoupling or both takes place through the container. If, for example, the attachment of the ultrasonic transmitter and receiver to wall parts of the container is provided, no intervention takes place in the coolant circuit itself. Transmitters and / or receivers also need not be resistant to the coolant.

Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung wird das Kühlmittelvolumen durch ein Behältnis begrenzt und das System ist derart ausgebildet, dass das Auskoppeln des Ultraschallsignals das Empfangen des von einem definierten Bereich des Behältnisses reflektierten Ultraschallsignals umfasst. Diese Ausführungsformen können beispielsweise für eine besonders zuverlässige Laufzeitmessung verwendet werden, wobei durch die bekannte Form des Behältnisses der Laufweg des reflektierten Signals durch das Volumen gut definiert ist.In certain embodiments of the invention, the volume of coolant is limited by a container, and the system is configured such that the decoupling of the ultrasound signal comprises receiving the ultrasound signal reflected from a defined region of the container. These embodiments can be used, for example, for a particularly reliable transit time measurement, wherein the path of the reflected signal through the volume is well defined by the known shape of the container.

Alternativ kann bei einer Ausführungsform, bei der das Kühlmittelvolumen durch ein Behältnis begrenzt ist, das System derart ausgebildet sein, dass das Auskoppeln des Ultraschallsignals das Empfangen des auf einem definierten Bereich des Behältnisses aufgetroffenen Ultraschallsignals umfasst. Eine solche Ausführungsform ermöglicht das zweckmäßige Messen der Laufzeit des Signals bzw. des Transmissionsverhaltens des Signals und darüber vorteilhaft eine Bestimmung der Kühlmittelkonzentration.Alternatively, in an embodiment in which the volume of coolant is limited by a container, the system may be configured such that the decoupling of the ultrasound signal comprises receiving the ultrasound signal which has impacted on a defined area of the container. Such an embodiment makes it possible to conveniently measure the propagation time of the signal or the transmission behavior of the signal, and advantageously a determination of the coolant concentration.

Das Steuergerät kann ausgebildet sein, um das Mischungsverhältnis basierend auf einer Temperatur des Kühlmittels zu ermitteln. Die Einbeziehung der Temperatur ermöglicht eine besonders genaue Ermittlung des Mischungsverhältnisses.The controller may be configured to determine the mixing ratio based on a temperature of the coolant. The inclusion of the temperature allows a particularly accurate determination of the mixing ratio.

Bei manchen Ausbildungsformen kann sowohl der Ultraschallsender als auch der Ultraschallempfänger durch ein- und denselben Ultraschallwandler realisiert sein. Hierdurch wird ein besonders einfaches Überwachungssystem ermöglicht.In some embodiments, both the ultrasound transmitter and the ultrasound receiver may be implemented by one and the same ultrasound transducer. This allows a particularly simple monitoring system.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Kühlsystem vorgeschlagen, welches ein System zur Überwachung wie vorstehend skizziert umfasst. Ein solches Kühlsystem kann beispielsweise für motorische Antriebe oder als Klimatisierungssystem in der Haustechnik vorgesehen sein. Insbesondere kann das Kühlsystem zur Kühlung mindestens eines Lithium-Ionen-Akkumulators in einem Elektrofahrzeug ausgebildet sein.According to the invention, a cooling system is furthermore proposed, which comprises a system for monitoring as outlined above. Such a cooling system can be provided for example for motor drives or as an air conditioning system in home automation. In particular, the cooling system can be designed to cool at least one lithium-ion accumulator in an electric vehicle.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nunmehr an Hand der beigefügten Figuren eingehender beschrieben. Hierbei zeigt:Further aspects and advantages of the invention will now be described in more detail with reference to the accompanying figures. Hereby shows:

1 in Form eines Blockschaltbildes funktionale Komponenten eines erfindungsgemäßen Überwachungssystems; 1 in the form of a block diagram of functional components of a monitoring system according to the invention;

2 in Form eines Flussdiagramms eine Arbeitsweise des Überwachungssystems der 1; 2 in the form of a flow chart, an operation of the monitoring system of 1 ;

3 ein Beispiel für eine Korrelation von Signalgeschwindigkeit und Kühlmittelkonzentration für ein in der Fahrzeugtechnik verwendetes Kühlmittel; und 3 an example of correlation of signal velocity and coolant concentration for a coolant used in automotive engineering; and

4 in schematischer Form eine Ankoppelung eines erfindungsgemäßen Überwachungssystems an weitere Komponenten in einem Fahrzeug. 4 in schematic form a coupling of a monitoring system according to the invention to other components in a vehicle.

Ausführungsbeispieleembodiments

1 zeigt in schematischer Form ein Ausführungsbeispiel 100 eines erfindungsgemäßen Überwachungssystems mit einem Ultraschallsender 102, einem Ultraschallempfänger 104 sowie einem mit Sender 102 und Empfänger 104 gekoppelten Steuergerät 106. Sender 102 und Empfänger 104 sind an gegenüberliegenden Wandungsteilen eines Behältnisses 108 angebracht, welches ein Kühlmittel 110 enthält. Das Behältnis 108 ist ein Teil eines (nicht dargestellten) Kühlkreislaufes, beispielsweise zur Kühlung eines für einen Fahrzeugantrieb verwendeten Lithium-Ionen-Akkumulators (ebenfalls nicht dargestellt). 1 shows in schematic form an embodiment 100 a monitoring system according to the invention with an ultrasonic transmitter 102 , an ultrasonic receiver 104 as well as one with transmitter 102 and receiver 104 coupled control unit 106 , transmitter 102 and receiver 104 are on opposite wall parts of a container 108 attached, which is a coolant 110 contains. The container 108 is a part a (not shown) cooling circuit, for example for cooling a lithium ion battery used for a vehicle drive (also not shown).

Eine Arbeitsweise des Überwachungssystems 100 wird nunmehr an Hand des Flussdiagramms in 2 geschildert. Das System 100 dient zur Überwachung eines Mischungsverhältnisses des zusammengesetzten Kühlmittels 110 in dem Kühlmittelkreislauf, von dem das vom Behältnis 108 umschlossene Kühlmittelvolumen 112 ein Teil ist (200). Bei dem Kühlmittel 110 kann es sich beispielsweise um Wasser, versetzt mit einem Frostschutzmittel handeln.An operation of the surveillance system 100 will now be described with reference to the flowchart in FIG 2 portrayed. The system 100 serves to monitor a mixing ratio of the composite refrigerant 110 in the coolant circuit from which the container 108 enclosed coolant volume 112 a part is ( 200 ). For the coolant 110 it may be, for example, water, mixed with an antifreeze.

In Schritt 202 koppelt der Ultraschallsender 102 ein Ultraschallsignal in das Kühlmittelvolumen 112 ein. Wie in 1 ersichtlich, erfolgt die Einkoppelung durch die Behälterwand hindurch. Auf diese Weise ist die Konstruktion des Behälters 108 weitgehend unabhängig vom Überwachungssystem 100. Es müssen beispielsweise keine Öffnungen für die Sensoren vorgesehen werden. Weiterhin ist es unerheblich, ob der Ultraschallsender 102 beständig gegen die Komponenten des Kühlmittels 110 ist oder nicht.In step 202 the ultrasonic transmitter couples 102 an ultrasonic signal in the coolant volume 112 one. As in 1 can be seen, the coupling takes place through the container wall. In this way is the construction of the container 108 largely independent of the monitoring system 100 , For example, no openings for the sensors have to be provided. Furthermore, it is irrelevant whether the ultrasonic transmitter 102 resistant to the components of the coolant 110 is or not.

In Schritt 204 koppelt der Empfänger 104 das Ultraschallsignal 114 nach dessen Durchgang durch das Volumen 112 aus. Für die Anordnung des Empfängers 104 an einer Wandung des Behälters 108 gilt sinngemäß das gleiche wie oben in Bezug auf den Sender 102 ausgeführt.In step 204 the receiver couples 104 the ultrasonic signal 114 after passing through the volume 112 out. For the arrangement of the receiver 104 on a wall of the container 108 applies mutatis mutandis the same as above with respect to the transmitter 102 executed.

In Schritt 206 ermittelt das Steuergerät 106 das Mischungsverhältnis des Frostschutzmittels mit Wasser im Kühlmittel 110. Das Steuergerät 106 wertet hierzu das ausgekoppelte Ultraschallsignal 114 aus, wie nachfolgend im Detail beschrieben werden wird.In step 206 determines the control unit 106 the mixing ratio of antifreeze with water in the coolant 110 , The control unit 106 evaluates the decoupled ultrasonic signal 114 from as will be described in detail below.

Für eine erste Ausführungsvariante wird angenommen, dass das Steuergerät eine Laufzeit des Ultraschallsignals 114 durch den Behälter 108 ermittelt. Die Laufzeit kann beispielsweise aus einer Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden eines Ultraschallimpulses durch den Sender 102 und dem Empfangen des Signals 114 am Empfänger 104 ermittelt werden. Sender 102 und Empfänger 104 sind an definierten Stellen des Behältnisses 108 angebracht, d. h. zwischen Sender 102 und Empfänger 104 befindet sich eine definierte Wegstrecke 116 des Ultraschallsignals 114 durch das Kühlmittelvolumen 112. Aus gemessener Laufzeit und definierter Wegstrecke 116 kann das Steuergerät 106 unmittelbar eine Signalgeschwindigkeit des Ultraschallsignals 114 durch das Kühlmittel 112 ermitteln. Diese Schallgeschwindigkeit ist für das Kühlmittel mit seinem momentanen Mischungsverhältnis charakteristisch. Dies wird am Beispiel der 3 verdeutlicht. Hier ist die gemessene Signalgeschwindigkeit 302 über der Konzentration 304 (in Prozent, ”%”) eines handelsüblichen Kühlmittels für den Kraftfahrzeugbereich in Wasser dargestellt. Es wurden mehrere Testreihen bei unterschiedlicher Temperatur durchgeführt. Wie erkennbar ist, unterscheidet sich die Signalgeschwindigkeit für unterschiedliche Konzentrationen des Frostschutzmittels im Kühlmittel in eindeutiger Weise (während die Abhängigkeit von der Temperatur gering ist). Somit kann prinzipiell eine Konzentration 304 des Kühlmittels aus einer gemessenen Signalgeschwindigkeit 302 bestimmt werden. Eine Korrektur für die Kühlmitteltemperatur erhöht die Genauigkeit weiter.For a first embodiment, it is assumed that the control unit has a transit time of the ultrasound signal 114 through the container 108 determined. The transit time may be, for example, a time difference between the emission of an ultrasonic pulse by the transmitter 102 and receiving the signal 114 at the receiver 104 be determined. transmitter 102 and receiver 104 are at defined points of the container 108 attached, ie between transmitter 102 and receiver 104 is a defined distance 116 of the ultrasonic signal 114 through the coolant volume 112 , From measured duration and defined distance 116 can the controller 106 directly a signal speed of the ultrasonic signal 114 through the coolant 112 determine. This speed of sound is characteristic of the refrigerant with its instantaneous mixing ratio. This is exemplified by the 3 clarified. Here is the measured signal speed 302 above the concentration 304 (in percent, "%") of a commercial coolant for the automotive sector shown in water. Several series of tests were carried out at different temperatures. As can be seen, the signal speed for different concentrations of antifreeze in the coolant is clearly different (while the dependence on temperature is low). Thus, in principle, a concentration 304 of the coolant from a measured signal velocity 302 be determined. A correction for the coolant temperature further increases the accuracy.

Zum prinzipiellen Verständnis des in 3 dargestellten Zusammenhangs sei noch Folgendes ausgeführt: Für die Schallgeschwindigkeit in Fluiden ist es bekannt, dass ein physikalischer Zusammenhang zwischen der Schallgeschwindigkeit in dem Fluid und der Dichte des Fluids besteht. Somit kann aus der oben beschriebenen Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in einem Kühlmittel auf dessen Dichte geschlossen werden. Gleichzeitig besteht ein Zusammenhang zwischen der Dichte des Kühlmittels und seinem Mischungsverhältnis bzw. seiner Konzentration. Damit ergibt sich letztlich eine Korrelation zwischen dem Mischungsverhältnis des Kühlmittels und der gemessenen Schallgeschwindigkeit, wie sie beispielhaft in 3 dargestellt ist.To the basic understanding of in 3 For the speed of sound in fluids, it is known that there is a physical relationship between the speed of sound in the fluid and the density of the fluid. Thus, from the above-described determination of the speed of sound in a coolant, its density can be deduced. At the same time there is a relationship between the density of the coolant and its mixing ratio or its concentration. This ultimately results in a correlation between the mixing ratio of the coolant and the measured sound velocity, as exemplified in 3 is shown.

In 3 ist weiterhin gezeigt, dass es eine leichte Abhängigkeit der Schallgeschwindigkeit auch von der Temperatur des Kühlmittels gibt. Wird dem Steuergerät 106 in 1 über einen (nicht gezeigten) Temperatursensor eine Temperatur des Kühlmittels 110 zugeführt, so kann das Steuergerät 106 für die Temperatur korrigieren, d. h. eine noch genauere Bestimmung der Kühlmittelkonzentration wird ermöglicht. Ob eine solche Korrektur für die Temperatur des Kühlmittels vorzusehen ist, hängt von den konkreten Umständen des Anwendungsfalles ab. Wie in 3 gezeigt, sind beispielsweise die Temperaturabhängigkeiten bei einer Konzentration von 25% sehr gering. Liegt ein gewünschter Konzentrationsbereich im Bereich von 25%, so wäre eine Korrektur für die Temperatur kaum erforderlich. Liegt jedoch ein gewünschter Konzentrationsbereich etwa bei 33%, oder bei 10%, wäre bei dem in 3 dargestellten Zusammenhang zur Erzielung einer höheren Genauigkeit unter Umständen eine Temperaturkorrektur erwünscht.In 3 is further shown that there is a slight dependence of the speed of sound also on the temperature of the coolant. Will the controller 106 in 1 a temperature of the coolant via a temperature sensor (not shown) 110 supplied, so the controller 106 correct for the temperature, ie an even more accurate determination of the coolant concentration is possible. Whether such a correction is to be provided for the temperature of the coolant depends on the specific circumstances of the application. As in 3 For example, the temperature dependencies at a concentration of 25% are very low. If a desired concentration range is in the range of 25%, a correction for the temperature would hardly be required. However, if a desired concentration range is about 33%, or 10%, the in 3 shown context to achieve a higher accuracy may require a temperature correction.

Entsprechende Korrelationen wie sie in 3 für ein Kraftfahrzeug-Kühlmittel dargestellt sind, können auch für Kühlmittel im Klimatechnikbereich ermittelt werden. Ein Überwachungssystem in diesem Bereich wäre dementsprechend zu konfigurieren.Corresponding correlations as in 3 for a motor vehicle coolant can also be determined for coolant in the air conditioning sector. A monitoring system in this area would have to be configured accordingly.

Unter erneutem Bezug auf die 1 und 2 greift das Steuergerät 106, nach der Ermittlung der momentanen Signalgeschwindigkeit, auf eine Repräsentation des in 3 dargestellten Zusammenhangs zu, die bspw. algorithmisch oder in tabellarischer Form in einem Speicher 118 abgelegt sein kann, der dem Steuergerät 106 zugeordnet ist. Bei dem Speicher 118 kann es sich etwa um einen Speicherbereich in einem Computerprozessor (Mikroprozessor oder dergleichen) handeln. Auf diese Weise ermittelt das Steuergerät das Mischungsverhältnis des Kühlmittels 110. Referring again to the 1 and 2 engages the control unit 106 after determining the current signal velocity, a representation of the in 3 shown relationship, for example, algorithmically or in tabular form in a memory 118 can be stored, the control unit 106 assigned. At the store 118 it may be a storage area in a computer processor (microprocessor or the like). In this way, the controller determines the mixing ratio of the coolant 110 ,

Bei einer anderen Ausführungsvariante, die ebenfalls unter Bezugnahme auf die in 1 gezeigte Anordnung geschildert wird, misst das Steuergerät 106 das Transmissionsverhalten des Ultraschallsignals 114 bei seinem Übergang von der Wandung des Behälters 108 in das Fluid 110 beim Aussenden durch den Sender 102 bzw. den Übergang vom Kühlmittel 110 in die Wandung des Behälters 108 am Empfänger 104. Für den Übergang von beispielsweise Ultraschallwellen von einem Medium mit einer bestimmten gegebenen Schallimpedanz auf ein Medium mit einer anderen Schallimpedanz gelten allgemein bekannte physikalische Zusammenhänge. Sind beispielsweise für das Material der Wandung des Behälters 108 Dichte und Schallgeschwindigkeit bekannt (d. h. die Schallimpedanz), kann mit Hilfe der gemessenen Amplitudenänderungen auf die Dichte im Kühlmittel 110 geschlossen werden. Über die Auswertung einer Amplitude des empfangenen Signals kann also ebenfalls eine Dichte, und damit ein vorliegendes Mischungsverhältnis, des Kühlmittels 110 ermittelt werden. Korrelationen zwischen Amplitudenverhältnis und Kühlmittelkonzentration können durch Testreihen gewonnen werden, so dass man zu Zusammenhängen ähnlich den in 3 dargestellten gelangt, die in der Speichereinrichtung 118 abgelegt werden können.In another embodiment, which also with reference to the in 1 shown arrangement measures the control unit 106 the transmission behavior of the ultrasonic signal 114 at its transition from the wall of the container 108 into the fluid 110 when sending through the transmitter 102 or the transition from the coolant 110 in the wall of the container 108 at the receiver 104 , For the transition of, for example, ultrasonic waves from a medium having a certain given acoustic impedance to a medium having a different acoustic impedance, well-known physical relationships apply. For example, for the material of the wall of the container 108 Density and speed of sound known (ie the sound impedance), can be determined by means of the measured amplitude changes on the density in the coolant 110 getting closed. On the evaluation of an amplitude of the received signal can thus also have a density, and thus a present mixing ratio of the coolant 110 be determined. Correlations between the amplitude ratio and the coolant concentration can be obtained by testing, so that similar relationships to those in 3 shown in the memory device 118 can be stored.

In Schritt 208 endet das Verfahren und wird je nach Bedarf wiederholt, bspw. zyklisch mit vorgegebener Frequenz, und/oder ereignisgetrieben, bspw. jeweils nach dem Anlassen oder Starten eines Fahrzeugs.In step 208 ends the process and is repeated as needed, for example. Cyclic with predetermined frequency, and / or event-driven, for example, each after starting or starting a vehicle.

Während das in 1 gezeigte Überwachungssystem 100 über einen getrennten Sender 102 und Empfänger 104 verfügt, sind bei anderen Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Überwachungssystems Sender und Empfänger durch ein identisches Bauteil realisiert, beispielsweise durch einen einzigen Ultraschallwandler, der beispielsweise an Stelle des Ultraschallsenders 102 angebracht wird, woraufhin der Empfänger 104 entfallen kann. Bei einem derartigen Ultraschallwandler kann es sich beispielsweise um einen piezokeramischen Wandler handeln, der etwa durch Anlegen einer elektrischen Spannung ein Ultraschallsignal aussendet und bei Eintreffen des (reflektierten) Ultraschallsignals eine entsprechende elektrische Spannung an das Steuergerät abgibt. Im allgemeinen Fall können jedoch beliebige Ultraschallsender bzw. -empfänger bzw. -wandler verwendet werden. Die Sende- bzw. Empfangseinrichtungen bzw. ein Ultraschallwandler können bzw. kann an beliebiger Stelle innerhalb des Behälters angebracht werden, solange etwa bei Auslegung zur Ermittlung der Schallgeschwindigkeit die Wegstrecke des empfangenen Signals definiert ist. Damit kann das Überwachungssystem leicht bspw. ein Fahrzeug integriert und auch bspw. nachgerüstet werden.While that in 1 shown monitoring system 100 via a separate transmitter 102 and receiver 104 has, in other embodiments of a monitoring system according to the invention transmitter and receiver realized by an identical component, for example by a single ultrasonic transducer, for example, instead of the ultrasonic transmitter 102 is attached, whereupon the receiver 104 can be omitted. Such an ultrasound transducer may, for example, be a piezoceramic transducer which emits an ultrasonic signal, for example by applying an electrical voltage, and emits a corresponding electrical voltage to the control unit when the (reflected) ultrasound signal is received. However, in the general case, any ultrasonic transmitters or transducers may be used. The transmitting or receiving devices or an ultrasonic transducer can or can be mounted anywhere within the container, as long as the distance of the received signal is defined, for example, when designed to determine the speed of sound. Thus, the monitoring system can be easily integrated, for example, a vehicle and also, for example, be retrofitted.

4 zeigt in schematischer Form eine Einbettung eines Überwachungssystems in ein Kühlsystem 400, welches beispielsweise zur Kühlung mindestens eines Lithium-Ionen-Akkus in einem Elektroauto vorgesehen sein kann. Das Überwachungssystem verfügt über ein Steuergerät 402 und einen einzigen Ultraschallsensor bzw. -wandler 404, die dem Steuergerät 106 bzw. dem Sensorpaar 102 und 104 des Systems 100 aus 1 sinngemäß entsprechen. Das Steuergerät 402 steuert den Ultraschallwandler 404 und empfängt Messdaten von diesem. Das Steuergerät 402 kann beispielsweise zur Messung der Schallgeschwindigkeit und/oder der Reflektions- bzw. Transmissionsamplitude beim Übergang zwischen Kühlmittelbehälter 406 und dem darin befindlichen Kühlmittel 408 ausgebildet sein, wie dies oben beschrieben wurde. 4 shows in schematic form an embedding of a monitoring system in a cooling system 400 which can be provided, for example, for cooling at least one lithium-ion battery in an electric car. The monitoring system has a control unit 402 and a single ultrasonic transducer 404 that the control unit 106 or the sensor pair 102 and 104 of the system 100 out 1 correspond mutatis mutandis. The control unit 402 controls the ultrasonic transducer 404 and receives measurement data from it. The control unit 402 For example, for measuring the speed of sound and / or the reflection or transmission amplitude in the transition between the coolant tank 406 and the coolant therein 408 be formed as described above.

Zur genaueren Bestimmung der Kühlmittelkonzentrationen können Daten eines Kühlmitteltemperatursensors 410 zusätzlich dem Steuergerät 402 zugeführt werden. Basierend auf der Ermittlung des momentanen Mischungsverhältnisses im Kühlmittel 408 kann das Steuergerät eine Ausgabe an ein Fahrerinformationssystem 412 bewirken. Es kann beispielsweise eine permanente Anzeige der Konzentration und/oder eine Warnung bei Unter- bzw. Überschreiten vorgegebener Grenzwerte ausgegeben werden. Zusätzlich oder alternativ zu einer Ausgabe an das Informationssystem 412 kann das Steuergerät 402 ein Dosiersystem 414 ansteuern, welches bspw. gegebenenfalls die Zugabe eines Additivs in den Kühlmittelbehälter 406 bzw. den entsprechenden Kühlmittelkreislauf bewirkt.For a more accurate determination of the coolant concentrations, data of a coolant temperature sensor 410 in addition to the control unit 402 be supplied. Based on the determination of the instantaneous mixing ratio in the coolant 408 For example, the controller may issue an output to a driver information system 412 cause. For example, a permanent indication of the concentration and / or a warning may be issued if the specified limits are exceeded or exceeded. Additionally or alternatively to an output to the information system 412 can the controller 402 a dosing system 414 which, for example, optionally the addition of an additive in the coolant container 406 or causes the corresponding coolant circuit.

Das Steuergerät 106 kann bspw. in Form eines Mikroprozessors realisiert sein. Die hier beschriebenen Verfahrensabläufe können allgemein in Form von Hardwareschaltungen, Software in Zusammenhang mit einem programmierbaren Mikroprozessor, einer anwendungsspezifischen, integrierten Schaltung (ASIC) und/oder unter Verwendung von einem oder mehreren digitalen Signalprozessoren (DSP) implementiert werden. Eine Softwarekodierung der hier beschriebenen Verfahren kann beispielsweise in einem Random-Access-Memory (RAM) oder einem Read-Only-Memory (ROM) abgelegt sein, beispielsweise einem „Erasable Programable ROM” (EPROM) oder einem vergleichbaren semipermanenten oder permanenten Speichermedium.The control unit 106 can be realized, for example, in the form of a microprocessor. The methods described herein may generally be implemented in the form of hardware circuitry, software associated with a programmable microprocessor, application specific integrated circuit (ASIC), and / or one or more digital signal processors (DSP). Software coding of the methods described here can be used, for example, in a random access memory (RAM) or a read-only memory (ROM) may be stored, for example, an "Erasable Programable ROM" (EPROM) or a comparable semipermanent or permanent storage medium.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt; vielmehr sind im Rahmen der anhängenden Ansprüche eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein; rather, within the scope of the appended claims, a variety of modifications are possible that are within the scope of expert practice.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10062165 A1 [0006]
DE 19523110 A1 [0007]

Claims

System for monitoring a mixing ratio of a composite coolant ( 110 ) in a coolant circuit, comprising the following components: - an ultrasonic transmitter ( 102 . 404 ) for coupling an ultrasonic signal ( 114 ) into a coolant volume ( 112 ), which is part of the coolant circuit; An ultrasonic receiver ( 104 . 404 ) for decoupling the ultrasonic signal ( 114 ) after passing through the coolant volume ( 112 ); and a control unit ( 106 . 402 ) for determining the mixing ratio ( 304 ) based on the decoupled ultrasonic signal ( 114 ) and a predetermined relationship between refrigerant density and mixing ratio.

System according to claim 1, characterized in that the control unit ( 106 . 402 ) is designed to determine the mixing ratio based on a detection of a transit time of the ultrasonic signal ( 114 ) through the coolant volume ( 112 ) to investigate.

System according to claim 1 or 2, characterized in that the control unit ( 106 . 402 ) is configured to determine the mixing ratio based on a detection of an amplitude of the received ultrasonic signal ( 114 ) to investigate.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the coolant volume ( 112 . 408 ) through a container ( 108 . 406 ) is limited and the system is designed such that the coupling, the decoupling, or both through the container ( 108 . 406 ) through.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the coolant volume ( 112 . 408 ) through a container ( 108 . 406 ) is limited and the system is designed such that the decoupling of the ultrasonic signal comprises receiving the reflected from a defined region of the container ultrasonic signal.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the coolant volume ( 112 . 408 ) through a container ( 108 . 406 ) is limited and the system is designed such that the decoupling of the ultrasonic signal comprises receiving the impacted on a defined region of the container ultrasonic signal.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit ( 106 . 402 ) is designed to determine the mixing ratio based on a temperature of the coolant ( 110 ) to investigate.

System according to one of the preceding claims, characterized in that both the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver are realized by one and the same ultrasonic transducer.

Cooling system, in particular cooling system ( 400 ) for motor drives or air conditioning system in building services, characterized by a system for monitoring according to one of the preceding claims.

Cooling system according to claim 9 for cooling at least one lithium-ion accumulator in an electric vehicle.