DE102011089977A1 - High volt storage integrated vehicle e.g. electrical vehicle, has sensor unit arranged in housing of high volt storage unit formed from cells using lithium ion technology, where sensor unit is sensitive to substances in gaseous phase - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Hochvoltspeicher. The invention relates to a vehicle with a high-voltage storage.
Elektro- und Hybridfahrzeuge umfassen einen elektrischen Energiespeicher in Hochvoltspannungslage als Energiequelle für einen elektrifizierten Antrieb. Moderne Hochvoltspeichersysteme in Lithium-Ionen-Technologie für Elektro-/ und Hybridfahrzeuge ermöglichen eine große Reichweite für elektrisches oder elektrisch unterstütztes Fahren. Aufgrund des resultierenden großen Bauvolumens und dem damit verbundenen Einschlussvolumen von Luft in ein die Speicherkomponenten umgebendes Gehäuse, kann der Hochvoltspeicher nicht als hermetisch abgeschlossenes System ausgeführt werden. Electric and hybrid vehicles comprise an electrical energy store in high-voltage power as an energy source for an electric drive. Modern high-voltage storage systems in lithium-ion technology for electric and hybrid vehicles enable a long range for electric or electrically assisted driving. Due to the resulting large volume of construction and the associated confinement volume of air in a housing surrounding the storage components, the high-voltage storage can not be designed as a hermetically sealed system.
Auch aufgrund dieser Tatsache wird das Gehäuse oder werden die das Gehäuse bildenden Teile nach dem Stand der Technik luftdurchlässig gestaltet. Bedingt durch den Luftaustausch kann Feuchtigkeit durch das Gehäuse in das Innere des Hochvoltspeichers eindringen und mit Komponenten des Speichers, z.B. Steuergeräte, Leiterstrukturen oder Speicherzellen, in Kontakt kommen. Also due to this fact, the housing or the housing forming parts according to the prior art is made permeable to air. Due to the air exchange, moisture may penetrate through the housing into the interior of the high-voltage accumulator and may be mixed with components of the accumulator, e.g. Control devices, conductor structures or memory cells, come into contact.
Die Feuchtigkeit kann eine hohe Schädlichkeit für die innerhalb des Gehäuses befindlichen Komponenten, z.B. die Steuergeräte aufweisen. Insbesondere kann die Feuchtigkeit in Kombination mit etwaigem aus Lithium-Ionen-Zellen ausgetretenem Elektrolyt zu starker Korrosion führen. Ferner können als Folge von ausgetretenem Elektrolyten auf den Steuergeräten Rückstände von Salzen nach Verflüchtigung von Elektrolytlösungsmittel ausfallen. Das gleichzeitige Auftreten von Salz und Feuchtigkeit ist für alle elektrischen und elektronischen Komponenten extrem schädlich, da eine Überbrückung elektrischer Signale oder – bei Korrosion – deren Unterbrechung bewirkt werden kann. The moisture can be highly damaging to the components within the housing, e.g. have the control units. In particular, moisture in combination with any electrolyte leaked from lithium-ion cells can lead to severe corrosion. Further, as a result of leaked electrolyte on the controllers, residues of salts may precipitate upon volatilization of electrolyte solvent. The simultaneous occurrence of salt and moisture is extremely detrimental to all electrical and electronic components, as a bridging of electrical signals or - in case of corrosion - their interruption can be effected.
Aus der Schrift
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen weiter verbesserten Hochvoltspeicher zu beschreiben. It is an object of the invention to describe a further improved high-voltage storage.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeug mit einem Hochvoltspeicher gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. This object is achieved by a vehicle with a high-voltage storage according to claim 1. Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims.
Erfindungsgemäß umfasst der Hochvoltspeicher ein Gehäuse und im Inneren des Gehäuses zumindest eine Sensoreinheit, die auf Stoffe oder Stoffgruppen in einer gasförmigen Phase sensitiv ist. According to the invention, the high-voltage accumulator comprises a housing and in the interior of the housing at least one sensor unit which is sensitive to substances or groups of substances in a gaseous phase.
Dies bedeutet, dass ein Sensor oder mehrere Sensoren im Inneren des Hochvoltspeichers befindlich sind, anhand derer bestimmte Stoffe in der Gasphase in dem Hochvoltspeicher detektierbar sind. This means that one or more sensors are located inside the high-voltage accumulator, by means of which certain substances in the gas phase can be detected in the high-voltage accumulator.
Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die zumindest eine Sensoreinheit auf Feuchtigkeit sensitiv. According to a preferred embodiment of the invention, the at least one sensor unit is sensitive to moisture.
Damit ist die Ausgestaltung der zumindest einen Sensoreinheit als Hygrometer beschrieben. Thus, the configuration of the at least one sensor unit is described as a hygrometer.
Nach einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung ist der Hochvoltspeicher aus Zellen in Lithium-Ionen-Technologie aufgebaut, die einen Flüssigelektrolyten umfassen, der flüchtige, organische Stoffe beinhält, auf die die zumindest eine Sensoreinheit sensitiv ist. According to a further variant of the present invention, the high-voltage accumulator is constructed from cells in lithium-ion technology which comprise a liquid electrolyte which contains volatile organic substances to which the at least one sensor unit is sensitive.
Dies bedeutet, dass bei einem Austritt von Elektrolyt aus einer Zelle in dem Elektrolyt enthaltene flüchtige Stoffe oder Stoffgruppen in der Gasphase im Inneren des Hochvoltspeichers von der zumindest einen Sensoreinheit detektierbar sind. This means that volatile substances or groups of substances in the gas phase in the interior of the high-voltage accumulator contained in the electrolyte can be detected by the at least one sensor unit when electrolyte escapes from a cell.
Weiterhin kann es sein, dass die zumindest eine Sensoreinheit zumindest einen Stoffmesswert an zumindest ein Steuergerät übermittelt und der zumindest eine Stoffmesswert eine Information über die Konzentration eines vorbestimmten Stoffes oder einer vorbestimmten Stoffgruppe im Inneren des Gehäuses der Batterie enthält. Furthermore, it may be that the at least one sensor unit transmits at least one substance measured value to at least one control unit and the at least one substance measured value contains information about the concentration of a predetermined substance or a predetermined group of substances in the interior of the housing of the battery.
Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die zumindest eine Sensoreinheit einen Stoffmesswert zu dem Stoff oder der Stoffgruppe an das Steuergerät übermittelt, auf welche die Sensoreinheit sensitiv ist. Dabei korreliert der Stoffmesswert mit der Konzentration des gasförmigen Stoffes oder der gasförmigen Stoffgruppe im Inneren des Hochvoltspeichers. Dies kann zum Beispiel Wasserdampf betreffen oder leicht flüchtige Carbonate, die als Lösungsmittel in Lithium-Ionen-Zellen eingesetzt werden. In other words, this means that the at least one sensor unit transmits a substance reading to the substance or substance group to the control unit, to which the sensor unit is sensitive. The measured substance value correlates with the concentration of the gaseous substance or the gaseous substance group in the interior of the high-voltage accumulator. This may concern, for example, water vapor or volatile carbonates, which are used as solvents in lithium-ion cells.
Nach einer weiteren Variante führt das zumindest eine Steuergerät eine Messdatenauswertung des zumindest einen Stoffmesswerts aus und generiert ein Auswerteergebnis. In Abhängigkeit von dem Auswerteergebnis übermittelt das zumindest eine Steuergerät ein Steuersignal an andere Steuergeräte, Aktoren oder Sensoreinheiten. According to a further variant, the at least one control unit carries out a measurement data evaluation of the at least one substance measured value and generates an evaluation result. Depending on the evaluation result, the at least one control device transmits a control signal to other control devices, actuators or sensor units.
Das Steuergerät vergleicht das Auswerteergebnis mit vorgegebenen Grenzwerten und übermittelt bei einer Überschreitung oder Unterschreitung des vorgegebenen Grenzwertes in eine vorgegebene Richtung das Steuersignal. The control unit compares the evaluation result with predetermined limit values and transmits the control signal in the event of exceeding or falling below the predetermined limit value in a predetermined direction.
Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn das Auswerteergebnis für eine Luftfeuchte im Inneren des Speichers steht, die einen vorgegebenen Grenzwert für die Luftfeuchte innerhalb des Speichergehäuses in Richtung höherer Luftfeuchte übersteigt. Das Steuersignal kann eine Maßnahme zur Trocknung des Inneren des Hochvoltspeichers bewirken wie das Einschalten eines Lüfters oder einer Heizung oder das Öffnen von Lüftungsklappen des Gehäuses des Hochvoltspeichers. This can be the case, for example, if the evaluation result for a humidity in the Inside the memory is that exceeds a predetermined limit for the humidity inside the storage enclosure in the direction of higher humidity. The control signal may cause a measure to dry the interior of the high-voltage accumulator, such as switching on a fan or a heater or opening ventilation latches of the housing of the high-voltage accumulator.
Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn ein Sensorarray die zumindest eine Sensoreinheit umfasst, jede von dem Sensorarray umfasste Sensoreinheit auf einen vorbestimmten Stoff oder eine vorbestimmte Stoffgruppe sensitiv ist und das Sensorarray für jede umfasste Sensoreinheit einen Stoffmesswert an das zumindest eine Steuergerät übermittelt. In addition, it is advantageous if a sensor array which comprises at least one sensor unit, each sensor unit comprised by the sensor array is sensitive to a predetermined substance or a predetermined substance group and the sensor array transmits a substance measurement value to the at least one control device for each sensor unit included.
Bei dem Sensorarray können die umfassten Sensoreinheiten in Form einer Sensormatrix angeordnet sein. Das Sensorarray übermittelt jeden Stoffmesswert, das heißt die Messwerte zu jedem Stoff oder jeder Stoffgruppe, auf welche die umfassten Sensoreinheiten sensitiv sind, für das Steuergerät zeitlich und stoffspezifisch zuordenbar In the sensor array, the encompassed sensor units can be arranged in the form of a sensor matrix. The sensor array transmits each substance measured value, that is to say the measured values for each substance or substance group to which the sensor units comprised are sensitive, to the control unit in terms of time and substance
Nützlich ist es, wenn eine Sensoreinheit eine für einen vorbestimmten Stoff oder eine vorbestimmte Stoffgruppe funktionalisierte Adsorptionsschicht umfasst, die Adsorptionsschicht zwei Elektroden der Sensoreinheit miteinander verbindet, die Adsorption einer Stoffmenge des vorbestimmten Stoffes oder der vorbestimmten Stoffgruppe die elektrische Kapazität der beiden Elektroden verändert und dem Stoffmesswert der Wert der elektrischen Kapazität der beiden Elektroden zugeordnet ist. It is useful if a sensor unit comprises an adsorption layer functionalized for a predetermined substance or a predetermined substance group, the adsorption layer interconnects two electrodes of the sensor unit, the adsorption of a substance amount of the predetermined substance or the predetermined substance group alters the electrical capacitance of the two electrodes and the substance measurement the value of the electrical capacitance is assigned to the two electrodes.
Dies bedeutet, dass die Sensoreinheit das Funktionsprinzip eines kapazitiven Adsorptionsgassensors aufweist. This means that the sensor unit has the functional principle of a capacitive adsorption gas sensor.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described. This results in further details, preferred embodiments and further developments of the invention.
Ein Elektro- oder Hybridfahrzeug umfasst einen elektrischen Energiespeicher in Hochvoltspannungslage von mehr als 60 Volt als Energiequelle für einen elektrifizierten Antrieb. Das Fahrzeug verfügt über einen modernen Hochvoltspeicher, der aus Zellmodulen aufgebaut ist, die von einzelnen Lithium-Ionen-Zellen gebildet werden. Ein Hochvoltspeicher für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug benötigt, um eine große Reichweite für elektrisches oder elektrisch unterstütztes Fahren zu ermöglichen, einen großen Bauraum im Fahrzeug von möglicherweise mehreren hundert Litern Bauraumvolumen. Im Inneren des Hochvoltspeichers befinden sich die Komponenten des Hochvoltspeichers und ein Einschlussvolumen von Luft. Ein die Speicherkomponenten umgebendes Gehäuse kann aufgrund der Größe des Speichers nicht luftdicht abgeschlossen werden, d.h. der Speicher ist nicht als hermetisch abgeschlossenes System ausgeführt. An electric or hybrid vehicle includes an electrical energy store in high voltage position of more than 60 volts as an energy source for an electrified drive. The vehicle has a modern high-voltage storage, which is made up of cell modules that are formed by individual lithium-ion cells. A high-voltage accumulator for an electric or hybrid vehicle requires, in order to allow a long range for electric or electrically assisted driving, a large installation space in the vehicle of possibly several hundred liters of installation space volume. Inside the high-voltage accumulator are the components of the high-voltage accumulator and an enclosure volume of air. A housing surrounding the memory components can not be hermetically sealed due to the size of the memory. the memory is not designed as a hermetic system.
Ein dichtes Gehäuse ist für Meereshöhenunterschiede bei Berg- und Talfahrten mit der Notwendigkeit eines Druckausgleichs und in Kombination mit einer möglicherweise gleichzeitig einhergehenden Speichererwärmung oder -abkühlung mit der Notwendigkeit einer speicherinternen Temperaturregelung nur unter hohem, technischen Aufwand einsetzbar. Außerdem sind dann servicerelevante Speicheröffnungen entweder schwerer zugänglich oder müssen ebenfalls mit Einsatz weiterer technischer Mittel luftdicht eingepasst werden. A dense housing is used for sea level differences in mountain and valley driving with the need for pressure equalization and in combination with a possibly simultaneously accompanying memory warming or cooling with the need for an in-memory temperature control only with high technical effort. In addition, service-relevant storage openings are either more difficult to access or must also be fit airtight with the use of other technical means.
Deshalb ist das Gehäuse oder sind die das Gehäuse im Verbund bildenden Teile des Ausführungsbeispiels luftdurchlässig ausgeführt. Bedingt durch den Luftaustausch kann Feuchtigkeit durch das Gehäuse in das Innere des Hochvoltspeichers eindringen und mit Komponenten des Speichers, z.B. Steuergeräte, Leiterstrukturen oder Speicherzellen, in Kontakt kommen. Therefore, the housing or the housing forming the composite parts of the embodiment are designed to be permeable to air. Due to the air exchange, moisture may penetrate through the housing into the interior of the high-voltage accumulator and may be mixed with components of the accumulator, e.g. Control devices, conductor structures or memory cells, come into contact.
Die Feuchtigkeit weist eine hohe Schädlichkeit für die innerhalb des Gehäuses befindlichen elektrischen und elektronischen Komponenten auf z.B. für Steuergeräte. Insbesondere kann die Feuchtigkeit in Kombination mit etwaigem aus Lithium-Ionen-Zellen ausgetretenem oder austretendem Elektrolyt zu starker Korrosion führen. Ferner können sich als Folge von ausgetretenem Elektrolyten auf den Steuergeräten Rückstände von Salzen nach Verflüchtigung von Elektrolytlösungsmittel bilden. Das gleichzeitige Auftreten von Salz und Feuchtigkeit ist für die elektrischen und elektronischen Komponenten sehr nachteilig, da eine Überbrückung elektrischer Signale oder – bei Korrosion – die Unterbrechung von elektrischen Signalen bewirkt werden kann. Eine plötzliche, unerwartete Einschränkung der Funktionalität des Hochvoltspeichers kann daraus entstehen. The moisture is highly damaging to the electrical and electronic components inside the housing, e.g. for control units. In particular, moisture in combination with any electrolyte leaked or leaking from lithium-ion cells can cause severe corrosion. Furthermore, as a result of leaked electrolyte on the control devices residues of salts may form after volatilization of electrolyte solvent. The simultaneous occurrence of salt and moisture is very disadvantageous for the electrical and electronic components, as a bridging electrical signals or - in case of corrosion - the interruption of electrical signals can be effected. A sudden, unexpected limitation of the functionality of the high-voltage memory may result.
Der Speicher verfügt über ein Mittel zur Abführung von Kondenswasser, d.h. von kondensierter Feuchtigkeit aus dem Inneren des Hochvoltspeichers und eine Einrichtung zur Temperaturregulierung im Inneren des Hochvoltspeichers. The store has a means for removing condensed water, i. of condensed moisture from inside the high-voltage accumulator and a device for regulating the temperature inside the high-voltage accumulator.
Um diesem Nachteil zu begegnen, weist der Speicher in seinem Inneren einen Sensor oder mehrere Sensoren auf, mittels derer sowohl Wasser in der Gasphase, d.h. Luftfeuchtigkeit, als auch organische Moleküle, wie sie z.B. in einem organischen (Flüssig-)elektrolyten enthalten sind, detektierbar sind. Solche Elektrolyte enthalten beispielsweise leicht flüchtige Carbonate als Lösungsmittel. Zu detektierende Moleküle sind also beispielsweise Dimethylcarbonat, Methylethylcarbonat, Diethylcarbonat oder Gase, die in Lithium-Ionen-Zellen durch die dem Fachmann bekannten Mechanismen der Zellalterung entstehen, wie z.B. H2, CO2, CO oder CnHm. Alternativ können die zu detektierenden Moleküle als Additive dem Elektrolyten absichtlich beigefügt werden, wie z.B. Schwefelhexafluorid (SF6), das auch anderweitig als Tracersubstanz eingesetzt wird. Bevorzugt sind Additive, die den Zellen als Tracer zugesetzt werden chemisch inert. To counteract this disadvantage, the memory has in its interior a sensor or a plurality of sensors, by means of which both water in the gas phase, ie humidity, and organic molecules, such as those contained in an organic (liquid) electrolyte, detectable are. Such electrolytes contain, for example, volatile volatiles as solvents. Thus, molecules to be detected are, for example, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate or Gases which arise in lithium-ion cells by the mechanisms of cell aging known to the person skilled in the art, such as, for example, H 2 , CO 2 , CO or C n H m . Alternatively, the molecules to be detected may be added as additives to the electrolyte intentionally, such as sulfur hexafluoride (SF 6 ), which is also used elsewhere as a tracer substance. Preferably, additives which are added to the cells as tracers are chemically inert.
Um Feuchtigkeit zu detektieren, wird ein Feuchtigkeitssensor genutzt. Um Lösungsmittelanteile des Elektrolyten oder Additive des Elektrolyten zu detektieren, wird ein Elektrolytsensor genutzt. To detect moisture, a humidity sensor is used. In order to detect solvent components of the electrolyte or additives of the electrolyte, an electrolyte sensor is used.
Der Feuchtigkeitssensor ist als Hygrometer ausgeführt. Der Elektrolytsensor ist als Gassensor ausgeführt, d.h. der Sensor detektiert flüchtige, organische Anteile des in den Zellen des Hochvoltspeichers eingesetzten Elektrolyten oder in den Zellen befindlichen anorganische, gasförmige Stoffe wie etwa CO2, H2 oder CO. The humidity sensor is designed as a hygrometer. The electrolyte sensor is designed as a gas sensor, ie the sensor detects volatile, organic fractions of the electrolyte used in the cells of the high-voltage accumulator or inorganic gaseous substances in the cells, such as CO 2 , H 2 or CO.
Im Ausführungsbeispiel sind der Feuchtigkeitssensor und der Elektrolytsensor in einem einzigen Sensor implementiert, der als kapazitiver Adsorptionssensor mit unterschiedlichen Adsorptionsbereichen in einer Matrixanordnung ausgeführt ist. Die unterschiedlichen Adsorptionsbereiche gewährleisten, dass der Sensor auf Feuchtigkeit sowie auf mehrere Moleküle qualitativ und quantitativ sensitiv ist. In the exemplary embodiment, the moisture sensor and the electrolyte sensor are implemented in a single sensor, which is designed as a capacitive adsorption sensor with different adsorption regions in a matrix arrangement. The different adsorption ranges ensure that the sensor is qualitatively and quantitatively sensitive to moisture as well as to several molecules.
Die Adsorptionsbereiche des Sensors stehen in direkter Wechselwirkung mit der Umgebung, d.h. mit dem Inneren des Hochvoltspeichers. Jeder Adsorptionsbereich, der als Rezeptor fungiert, besteht aus einer für eine vorbestimmte Verbindung sensitiven Schicht als Dielektrikum zwischen zwei Elektroden eines Kondensators. Durch die Anlagerung bzw. Adsorption des Stoffes, auf den die Schicht sensitiv ist, werden die dielektrischen Eigenschaften des Dielektrikums und damit des Kondensators verändert. Die Veränderung erlaubt eine qualitative Detektion des Stoffes. Das Maß der Änderung erlaubt eine quantitative Veränderung des Stoffes. Der Kondensator fungiert also als Transducer. The adsorption areas of the sensor are in direct interaction with the environment, i. with the interior of the high-voltage memory. Each adsorption region, which acts as a receptor, consists of a layer sensitive to a predetermined compound as a dielectric between two electrodes of a capacitor. By the addition or adsorption of the substance to which the layer is sensitive, the dielectric properties of the dielectric and thus of the capacitor are changed. The change allows a qualitative detection of the substance. The degree of change allows a quantitative change of the substance. The capacitor thus acts as a transducer.
Für die Detektion von Feuchte wird beispielsweise eine hygroskopische Kunststoff-Polymer-Schicht mit Kalium-Niobat (KNbO3) eingesetzt, für die Detektion von z.B. H2, CO2 und CO können spezifisch funktionalisierte Polymere, metallorganische Verbindungen auf einem porösen Träger mit oder ohne Edelmetallbeschichtung (z.B. Pd, Pt, Ir) oder Molekularsiebe als Dielektrikum der Kondensatoren eingesetzt werden. For the detection of moisture, for example, a hygroscopic plastic-polymer layer with potassium niobate (KNbO 3 ) is used, for the detection of eg H 2 , CO 2 and CO specifically functionalized polymers, organometallic compounds on a porous support with or without Precious metal coating (eg Pd, Pt, Ir) or molecular sieves are used as a dielectric of the capacitors.
Die vier Adsorptionsbereiche sind gemäß Ausführungsbeispiel in einer 2×2-Matrix angeordnet und bilden den sensitiven Bereich des Sensors. Es ist auch eine höhere Anzahl von Adsorptionsbereichen in Form einer n×n-Matrix möglich. The four adsorption regions are arranged according to the embodiment in a 2 × 2 matrix and form the sensitive region of the sensor. It is also possible a higher number of adsorption areas in the form of an n × n matrix.
Je nach Beschaffenheit des eingesetzten Elektrolyts und/oder bei bestehenden Querempfindlichkeiten der Adsorptionsbereiche können beliebig weitere Adsorptionsbereiche hinzugefügt werden, um bestimmte Substanzen eindeutig oder Gasgemische quantitativ durch Mustererkennung zu bestimmen. Eine mathematische Datenanalyse nach dem Verfahren der Mustererkennung beruht darauf, dass ein Stoffgemisch analysierbar ist, indem mehrere der nxn-Adsorptionsbereiche des Arrays mit unterschiedlichem Ansprechverhalten gleichzeitig verwendet werden. Im einfachsten Fall verhalten sich die Sensorsignale der Sensoren zu einzelnen Gaskonzentrationen additiv und voneinander unabhängig. Der Messwert eines Sensorelements lässt sich dann als Funktion der Gaskonzentration darstellen. Unter der Voraussetzung, dass mindestens m Adsorptionsbereiche (mit m < n) eingesetzt werden, kann man ein lineares Gleichungssystem aufstellen, das sich mathematisch leicht nach den m unbekannten Gaskonzentrationen auflösen lässt. Formal betrachtet kann so ein unselektives in ein selektives Sensorsystem umgewandelt werden. Da in realen Systemen Messfehler auftreten können, ist es vorteilhaft mehr Sensorelemente einzusetzen als Gassorten analysiert werden sollen. Depending on the nature of the electrolyte used and / or in the case of existing cross-sensitivities of the adsorption regions, any further adsorption ranges can be added in order to determine specific substances or gas mixtures quantitatively by pattern recognition. A mathematical data analysis according to the pattern recognition method is based on the fact that a substance mixture can be analyzed by using several of the nxn adsorption regions of the array with different responses simultaneously. In the simplest case, the sensor signals of the sensors behave additively and independently of each other to individual gas concentrations. The measured value of a sensor element can then be represented as a function of the gas concentration. Provided that at least m adsorption ranges (with m <n) are used, a linear system of equations can be set up which can be mathematically easily resolved according to the unknown gas concentrations. Formally, such a nonselective can be transformed into a selective sensor system. Since measuring errors can occur in real systems, it is advantageous to use more sensor elements than gas types are to be analyzed.
Notwendigerweise sind die selektiven Adsorptionsbereiche nicht reversibel ausgeführt. Beispielsweise der Austritt von Elektrolyt aus einer Zelle ist mindestens einmalig diagnostizierbar. Necessarily, the selective adsorption are not reversible. For example, the escape of electrolyte from a cell can be diagnosed at least once.
Idealerweise sind die selektiven Adsorptionsbereiche jedoch derart ausgewählt, dass sie bezüglich des sensitiven Stoffes reversibel ausgeführt sind. Dies bedeutet, dass ein Absinken der Konzentration des zu detektierenden Stoffes zu einer Desorption des Stoffes führt. Reversible Sensoren sind vorteilhaft, da diese nach Wartung oder Reparatur des Speichers, z.B. nach Austritt von Elektrolyt aus einer Zelle erneut einsetzbar sind und während des Betriebs des Speichers eine bessere Eignung als Eingangsgrößen für Regelungsverfahren bereitstellender Sensor aufweist als ein irreversibler Sensor. Ideally, however, the selective adsorption regions are selected to be reversible with respect to the sensitive material. This means that a decrease in the concentration of the substance to be detected leads to a desorption of the substance. Reversible sensors are advantageous because, after maintenance or repair of the memory, e.g. can be used again after leakage of electrolyte from a cell and during operation of the memory has a better suitability as input variables for control method providing sensor as an irreversible sensor.
Jeder Adsorptionsbereich des Sensors, d.h. jeder Kondensator des Sensors, übermittelt einen Wert der Kapazität als Messgröße an ein Steuergerät oder die Kapazität eines bestimmten Kondensators ist von einem Steuergerät des Fahrzeugs oder des Hochvoltspeichers messbar. Die Messung erfolgt während des Betriebs des Speichers kontinuierlich und während Ruhephasen des Speichers, z.B. nach dem Laden des Speichers im Stand des Fahrzeugs, zu diskreten Zeitpunkten. Each adsorption area of the sensor, i. Each capacitor of the sensor transmits a value of the capacitance as a measured variable to a control unit or the capacitance of a specific capacitor can be measured by a control unit of the vehicle or the high-voltage accumulator. The measurement is made continuously during operation of the memory and during idle periods of the memory, e.g. after loading the memory in the vehicle's state, at discrete times.
Die gemessenen Sensorsignale werden von dem Steuergerät einer weiteren Datenauswertung zugeführt. In Abhängigkeit von dem Auswerteergebnis übermittelt das Steuergerät im Bedarfsfalle dem jeweiligen Auswerteergebnis entsprechende Signale an weitere Steuergeräte, Aktoren oder Sensoren. The measured sensor signals are supplied by the control unit to a further data evaluation. Depending on the evaluation result, the control unit transmits, if necessary, signals corresponding to the respective evaluation result to further control devices, actuators or sensors.
Überschreitet beispielsweise die Kapazitätsänderung eines auf einen Bestandteil des Elektrolyten sensitiven Adsorptionsbereichs einen bestimmten Wert in einer bestimmten Zeit in Richtung zunehmender Konzentration dieses Stoffes, so kann dies auf den Austritt von Elektrolyt aus einer Zelle im Inneren des Hochvoltspeichers hindeuten. In diesem Fall kann das Steuergerät ein Signal zur Öffnung von Schützschaltern des Hochvoltspeichers an die Schützschalter als Aktoren übermitteln, um den Speicher einer Sicherheitsabschaltung zuzuführen. Bei gleichzeitigem Auftreten von hoher Feuchtigkeit im Speicher besteht die Gefahr einer besonders raschen Korrosion metallischer Teile. Dann kann es sinnvoll sein, den Speicher über einen elektrischen Verbraucher kontrolliert zu entladen, um den Speicher für den in dieser Situation sichersten und praktikabelsten Zustand zu überführen. If, for example, the change in capacitance of an adsorption zone sensitive to a constituent of the electrolyte exceeds a certain value in a certain time in the direction of increasing concentration of this substance, this may indicate the escape of electrolyte from a cell inside the high-voltage accumulator. In this case, the controller may transmit a signal to open contactors of the high-voltage memory to the contactor switches as actuators to supply the memory of a safety shutdown. With simultaneous occurrence of high humidity in the storage there is a risk of particularly rapid corrosion of metallic parts. Then it may be useful to discharge the memory controlled by an electrical load to transfer the memory for the safest and most practical in this situation state.
Falls der Hochvoltspeicher auch über eine Speichertemperaturmesseinheit im Inneren seines Gehäuses verfügt, ist aus dem Signal der Temperaturmesseinheit und aus dem Signal des Sensors für die Feuchtigkeit im Hochvoltspeicher, der Wasser-Taupunkt berechenbar. If the high-voltage accumulator also has a storage temperature measuring unit inside its housing, the water-dew point can be calculated from the signal of the temperature measuring unit and from the signal of the sensor in the high-voltage accumulator.
Falls die Temperatur im Inneren des Speichers unter den Taupunkt sinkt, besteht die Gefahr, dass Feuchtigkeit im Speicher kondensiert und Fehlfunktionen auslöst. In diesem Fall kann das Steuergerät vor der Kondensation ein Signal zur Aktivierung einer Heizeinrichtung des Hochvoltspeichers und/oder Aktivierung eines Ventilators des Hochvoltspeichers übermitteln, um feuchte, warme Luft aus dem Speicher zu entfernen. If the temperature inside the tank drops below the dew point, there is a risk that moisture in the tank will condense and cause malfunction. In this case, before the condensation, the control unit can transmit a signal for activating a heater of the high-voltage accumulator and / or activation of a fan of the high-voltage accumulator in order to remove moist, warm air from the accumulator.
Falls das Fahrzeug auch eine Außenfeuchtemesseinheit und eine Außentemperaturmesseinheit für die Fahrzeugumgebung aufweist und der Hochvoltspeicher Lüftungsklappen aufweist, können das Signal der Speichertemperaturmesseinheit, das Signal der Außentemperaturmesseinheit, das Signal der Außenfeuchtemesseinheit und das Signal des Sensors die Feuchtigkeit im Hochvoltspeicher betreffend als Eingangsgrößen für die Steuerung der Lüftungsklappen dienen. Durch die Bestimmung der Taupunkte der Fahrzeugumgebung und im Inneren des Speichers, kann ermittelt werden, ob eine Öffnung der Lüftungsklappen eine Trocknung der Luft im Inneren des Speichers bewirkt. If the vehicle also has an outdoor humidity measuring unit and an outside temperature measuring unit for the vehicle environment and the high-voltage storage has ventilation flaps, the signal of the storage temperature measuring unit, the signal of the outside temperature measuring unit, the signal of the outdoor humidity measuring unit and the signal of the sensor concerning the humidity in the high-voltage storage as input to the control of Ventilation flaps serve. By determining the dew points of the vehicle surroundings and inside the storage tank, it can be determined whether an opening of the ventilation flaps causes a drying of the air inside the storage tank.
Aus dem Signal des Sensor das Gas Wasserstoff betreffend, das Signal des Sensors das Gas Sauerstoff betreffend und aus den Signalen des Sensors andere gasförmige organische Substanzen betreffend, ist ermittelbar, ob im Inneren des Speichers ein explosives Gasgemisch befindlich ist und ob geeignete Gegenmaßnahmen einzuleiten sind. Dies kann eine Öffnung der Lüftungsklappen bedeuten oder die Zugabe von im Speicher vorrätig gehaltenen chemischen Stoffen wie etwa eines oxidierenden Adsorptionsmittels, um sicherzustellen, dass innerhalb des Speichergehäuses die Zündfähigkeitsgrenze des Gasgemisches nicht überschritten wird. From the signal of the sensor concerning the gas hydrogen, the signal of the sensor concerning the gas oxygen and concerning the signals of the sensor other gaseous organic substances, it is possible to determine whether an explosive gas mixture is located inside the memory and whether suitable countermeasures are to be initiated. This may mean opening the louvers or adding chemicals stored in the tank, such as an oxidizing adsorbent, to ensure that within the tank does not exceed the ignitability limit of the gas mixture.
Die Auswertung der Sensorsignale durch das Steuergerät kann zusätzlich oder alternativ dazu genutzt werden, die Schütze des Speichers zu öffnen oder zu schließen, eine Kontroll- oder Warnmeldung an der Fahrer auszugeben oder einen Service- oder Wartungshinweis beispielsweise über eine GSM-Verbindung an einen Händler zu übermitteln. The evaluation of the sensor signals by the control unit can additionally or alternatively be used to open the contactors of the memory or close, issue a control or warning message to the driver or a service or maintenance notice, for example, via a GSM connection to a dealer to transfer.
Beispielsweise deutet eine Konzentration von Carbonaten über dem vorgegebenen Grenzwert auf eine geborstene Zelle hin, so dass in diesem Fall der Hochvoltspeicher über einen Widerstand kontrolliert entladen wird, um den Speicher für den in dieser Situation sichersten und praktikabelsten Zustand zu überführen. Eine Check-Control-Meldung an den Fahrer und/oder eine Servicenachricht an den nächsten oder bevorzugten Händler weist auf die Notwendigkeit einer umgehenden Wartung des Speichers hin. For example, a concentration of carbonates above the predetermined limit indicates a ruptured cell, in which case the high-voltage memory is discharged in a controlled manner via a resistor in order to transfer the memory for the safest and most practicable state in this situation. A check-control message to the driver and / or a service message to the nearest or preferred dealer indicates the need for immediate maintenance of the memory.
Die Integration des Sensors in den Hochvoltspeicher ermöglicht also den Hochvoltspeicher im Fahrzeug während des Betriebs zu überwachen und situationsspezifisch zu betreiben. Ferner ist die Diagnose des Speichers verbessert, so dass eine frühzeitigere Wartung die Robustheit und höhere Verfügbarkeit des Speichers durch Erhöhung der Lebensdauer ermöglicht wird. Dadurch werden außerdem mögliche Pannenfälle vermieden. The integration of the sensor into the high-voltage accumulator thus makes it possible to monitor the high-voltage accumulator in the vehicle during operation and to operate it in a situation-specific manner. Furthermore, the diagnosis of the memory is improved, so that earlier maintenance enables the robustness and higher availability of the memory by increasing the service life. This also avoids possible breakdowns.
Als alternative oder zusätzliche Sensortechnologien zu einem kapazitiven Nachweisprinzip können für eine einzelne Adsorptionsbereiche des Sensors oder für den gesamten Sensor resistive, amperometrische, optische, akustische oder gravimetrische Nachweismechanismen eingesetzt werden. As alternative or additional sensor technologies to a capacitive detection principle, resistive, amperometric, optical, acoustic or gravimetric detection mechanisms can be used for a single adsorption region of the sensor or for the entire sensor.
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